Терапевтические свойства экзосом, полученных от МСК

Сегодня экзосомы – перспективный инструмент для терапии многих заболеваний. Среди их преимуществ: высока биодоступность, широкий спектр инструментов воздействия, выраженные регенеративные эффекты. В то же время достаточно распространены следующие вопросы:
● Каков механизм действия экзосом полученных от МСК при повреждении тканей и органов?
● Безопасно ли использовать экзосомы?
● Какие терапевтические свойства делают экзосомы интересным инструментом для врачей в борьбе со многими болезнями?

На эти вопросы мы ответим в этой статье.

В инструкции к любому фармакологическому препарату описывается путь его метаболизма организмом, т.е.
1. В какие органы препарат попадает в первую очередь?
2. Через какое время его эффективность максимальна?
3. Каков путь превращения и выведения препарата?

Хотя биотехнологические продукты не относятся к классическим фармпрепаратам и относятся к лекарственным средствам передовой терапии согласно классификации Европейского агентства по лекарственным средствам (EMA), вопросы фармакокинетики важны для понимания их влияния на организм. Ряд доклинических исследований на животных моделях показали, что в случае внутривенного введения наибольшая доля экзосом (70-95%) в течение первых 30 минут выходит из кровеносного русла. Через час после системного введения экзосомы не детектируются в кровотоке. Перераспределение экзосом в организме происходит по меньшей мере тремя фазами:
● быстрая (менее часа);
● средняя (от 2 до 12 часов);
● поздняя (более 24 часов).

Печень, селезенка, легкие, почки – те органы, куда экзосомы попадают в первую очередь. Высокая концентрация экзосом при внутривенном введении детектируется в печени, при чем их количество остается стабильно высоким в течение 24 часов. Низкая концентрация экзосом детектируется в следующих органах:
● сердце;
● головном мозге;
● костях;
● кишечно-желудочном тракте в среднюю фазу перераспределения.

Такое перераспределение экзосом после системного введения можно частично объяснить особенностями клеточного и молекулярного состава как экзосом, так и органов-мишеней. Например, накопление экзосом в печени объясняется наличием клеток Купфера — специализированных макрофагов, наиболее поглощающих эзосомы. В легких экзомосы поглощают фибробласты и эпителиальные клетки. Это зависит от наличия на поверхности экзосом особых молекул – интегринов α6β1. Выведение экзосом из организма происходит через почки и печень.

В клинических исследованиях преобладает применение экзосом путем местных инъекций, ограниченное количество клинических результатов опубликовано с внутривенным путем введения. Вместе с тем, показано, что введение высоких концентраций экзосом (от 10 миллиардов в мл) легко переносилось пациентами и было эффективным в преодолении тяжелого течения COVID-19.

Экзосомы, полученные от МСК, передают информацию клеткам-реципиентам несколькими возможными путями:

1. Прямое взаимодействие рецептора экзосомы с рецептором на плазматической мембране клетки-реципиента, что будет инициировать соответствующий сигнальный путь.
2. Слияние мембраны экзосом с мембраной клетки-реципиента и последующим высвобождением ее содержания в цитоплазму.
3. Увлечение (интернализация) экзосом клеткой разными способами (клатрин/кавеолин-опосредованный эндоцитоз, фагоцитоз, микропиноцитоз).

Интернализация экзосом происходит быстро и зависит от температуры. Содержимое экзосом может попасть как в цитоплазму, так и в цитоплазматические компартменты (эндоплазматический ретикулум, комплекс Гольджи, поздние эндосомы, лизосомы). Кроме того, обнаружено, что экзосомы способны рециркулировать от одной клетки в другую, проникая не только в поверхностные, но и глубокие слои тканей. Факторы роста, содержащиеся в экзосомах, более стабильны и действуют более длительно, чем те, что попадают в клетку без участия экзосом. Слияние экзосом с лизосомами, имеющими кислую среду, способствует активации некоторых сигнальных молекул, например, TGFβ-1, а слияние с поздними эндосомами ускоряет высвобождение содержания экзосом в цитоплазе. миРНК экзосом, попадая в цитоплазму, находят свою целевую молекулу мРНК и блокируют синтез белка из нее, тем самым выполняя регулятор экспрессии генов в клетке-реципиенте. Таким образом, пути попадания экзосом в клетки разные, а способы реализации информативного сообщения экзосом разнонаправленными.

Как насчет токсичности экзосом с МСК? Ведь многие косметические агенты биологического происхождения способны вызвать раздражение или другие более серьезные аллергические реакции.
Чтобы оценить токсичность экзосом по МСК, было проведено масштабное исследование. Его целью было оценить токсикологический профиль экзосом из МСК жировой ткани, включая следующие показатели:
● способность к сенсибилизации кожи;
● способность к фотосенсибилизации;
● раздражение глаз;
● раздражение кожи;
● а также острая оральная токсичность.

Ученые оценивали все параметры в соответствии с рекомендациями ОЭСР (Организации экономического сотрудничества и развития) и принципами GLP (Good Laboratory Practice). Выводы исследования говорят, что экзосомы, полученные от МСК:
1. Были классифицированы как вещества, потенциально не способные сенсибилизировать кожу в тесте на кожную сенсибилизацию.
2. Не получили ни одной категории в тесте на раздражение глаз.
3. Не раздражали кожу в тесте на раздражение кожи.
4. Не вызывали фототоксичности.
5. Не вызывали реакции в тесте на острую оральную токсичность.

Ученые подытоживают, что экзосомы из МСК безопасны для местного применения, не обладают побочными эффектами во время токсикологических испытаний, и имеют потенциал к применению в качестве терапевтического агента, косметического ингредиента или для других терапевтических целей.

Иммуногенность

Для масштабного производства экзосомы получают из донорских МСК, поэтому у пациентов и врачей возникает вопрос о возможном ответе со стороны иммунной системы. Комплексный протеомный анализ экзосом полученных от МСК не выявил наличия молекул главного комплекса гистосовместимости (МЧС) I и II типов, являющихся основными индукторами иммунного ответа при трансплантации. Более 200 различных исследований проведенных на животных с применением экзосом от МСК человека не сообщали о реакциях со стороны иммунной системы. Кроме того, исследования с применением повторяющихся доз экзосом тоже не выявили изменений в гематологических показателях и гистологических срезах тканей разных органов. Следовательно, экзосомы можно определить как гипоиммуногенные, подобно их клеткам-продуцентам, МСК.