tyc7111cc太阳成集团

洞察市场格局
解锁药品研发情报

免费客服电话

18983288589
医药数据查询

全球首款外泌体细胞疗法获批上市在即:外泌体生产工艺如何破局?

外泌体
05/19
48

近年来,细胞外囊泡(Extracellular Vesicles, EVs)因其独特的生物学特性成为药物递送系统的研究热点。


EVs 是由几乎所有类型细胞分泌的脂质囊泡,根据生物发生途径和理化特性可分为三类:外泌体(Exosomes,50-200 nm)、微囊泡(Microvesicles,0.1-1 μm)和凋亡小体(Apoptotic Bodies)【1】。其中外泌体作为 EVs 的代表性亚型,通过内吞作用形成于多泡体,外泌体具有与细胞相似的表面形态。


这些小小的外泌体并不简单,它们携带着各种生物分子——蛋白质、核酸和脂质,可充当细胞之间的信号转导通道,这使得外泌体成为一种有吸引力的药物输送载体。外泌体作为药物递送载体具有许多优点,例如与有机体组织的高相容性,低毒性,半衰期长,非免疫原性和对各种细胞的靶向性好等。目前,基于外泌体的药物递送系统虽仍处于临床试验研究阶段【2】,但在药物递送和再生医学等领域已展现出巨大潜力。近期,据媒体报道,全球首款外泌体细胞疗法有望于今年获批上市【3】。尽管,基于外泌体的药物临床研究已取得显著进展,但外泌体的工业化生产当下仍面临产量低、纯度不足和批次一致性差等一系列挑战。本文将探讨如何通过工艺优化提升外泌体生产效率和质量。



1、上游工艺

目前临床试验中外泌体主要采用干细胞和部分免疫细胞作为其生产来源,例如:间充质干细胞(骨髓、脂肪组织来源)、树突状细胞等【1】,但由于原代细胞在体外培养时易发生凋亡且随传代次数增加而停止增殖,导致实现外泌体的大规模生产受限。不久前,国内研究人员通过基因工程,向干细胞导入SV40大T抗原等永生化基因,成功构建了一种不衰老、不变异的永生间充质干细胞系。据悉,该细胞系即使连续传代 50 次,仍能保持稳定性和多向分化潜能,同时具备临床应用的安全性【4,5】。这一成果为突破干细胞外泌体规模化生产瓶颈提供了一个新思路。


在非干细胞来源方面,HEK293 细胞系因其成熟的蛋白表达体系成为制备外泌体的一大选择,主要被用在工程化外泌体、外泌体载药及外泌体科研方向【6、7】。相较于干细胞外泌体生产工艺,HEK293 细胞具有规模化生产工艺成熟、工艺稳定性高等优势【1】。


目前,实验室基础科研规模的外泌体生产工艺中,细胞培养多采用静态培养体系(如T型培养瓶),而规模化生产则依赖生物反应器技术,包括微载体培养与中空纤维膜系统等装置。其中,微载体培养过程中,当细胞牢固附着于微载体后,为了最大化细胞产量,需要维持一个优化的生长环境。与平面培养相比,微载体培养中的温度、pH 值、溶解氧(DO)、搅拌速度、营养供给和废物清除等参数均需生物反应器系统精确调控,以支持细胞的动态生长。当前的工艺挑战在于如何在优化控制主要生物工艺过程参数的同时,精密监测细胞代谢状态。在一项针对人脂肪干细胞(hADSC)细胞外囊泡(内含外泌体)生产的研究中,研究人员利用配备 BioBLU 0.3c 搅拌式生物反应罐体的 DASbox® 迷你平行生物反应器控制系统在微载体上生产高质量 hADSC,实现了在 5 天内细胞数量扩增 34.7 倍,并在随后的 2 天外泌体收获阶段保持了稳定的细胞增殖和优化的外泌体颗粒浓度【8】。此外,在微载体培养工艺中,混合(搅拌或摇摆)是必不可少的,它有助于维持微载体的悬浮状态,防止其在“死区”积累。研究表明,应尽量保持最低的搅拌速度,既能满足质量传递的要求,又能避免过高的流体剪切应力和动态环境导致的细胞聚集,进而提高细胞外泌体产率和质量。



2、下游工艺

目前外泌体的分离纯化技术包括超速离心、超滤、免疫分离、体积排阻色谱(SEC)、基于聚合物的沉淀、磁分离等。其中,超速离心已广泛用于外泌体提取,是外泌体分离的“金标准”。超速离心法分离外泌体的基本原理是由于样本中存在的颗粒沉降系数不同,这导致它们沉降聚集在不同分离层中,超速离心法具有高通量等优点【9】。在一项研究中,Pascal Rowart 等人报道了一种通过结合高速和超速离心机从脂肪源性干细胞中快速扩增、高效分离含外泌体细胞外囊泡的方法,使用配备 BioBLU® 0.3c 一次性生物反应罐体的 DASbox 迷你平行生物反应器系统,利用微载体悬浮培养人源脂肪干细胞(hADSC),然后使用 CR22N 高速离心机和 CP100NX 超速离心机完成内含外泌体的细胞外囊泡的分离。这套工作流程能够增加高活力细胞产量,并且产生大量的高质量外泌体,并将内含外泌体的细胞外囊泡的分离时间缩短到 4 小时以内,快于沉淀或过滤等其他分离方法【10,11】。

Pascal Rowart 等人报道的一种通过结合高速和超速离心机从脂肪源性干细胞中快速扩增、高效分离内含外泌体的细胞外囊泡的方法示意图【10】


尽管外泌体超速离心分离纯化工艺在科研界被广泛采用,但由于低产率等问题,该技术在外泌体规模化生产中受限。在外泌体规模化分离纯化外泌体的过程中,超滤与体积排阻色谱(SEC)是目前较为常用的技术方法之一。超滤技术通过使用不同截留相对分子质量(MWCO)的膜对样品进行选择性分离,能够有效地根据尺寸大小去除溶剂和小分子物质,同时保留外泌体等大分子物质【12】。这种方法具有操作简便、不影响外泌体生物活性的优点,并且可以实现较高的处理量,适合大规模生产。体积排阻色谱(SEC)则基于分子大小差异,利用多孔凝胶固定相将外泌体与其他杂质分开,因其温和的操作条件,能够保持外泌体的完整性和生物活性,特别适用于需要高纯度外泌体的研究。此外,SEC 还可以有效避免蛋白质和其他小分子污染物的干扰,提供更加纯净的外泌体样本【13】。两种方法都可以结合其他技术如差速离心或免疫亲和层析进一步提升纯度,满足从实验室到工业规模的各种需求。



综上所述,外泌体作为药物递送载体的研究已取得显著进展,为精准医疗和再生医学开辟了新方向。通过基因工程改造、细胞培养工艺优化以及高效分离纯化技术的开发,外泌体的规模化生产正逐步突破技术瓶颈。然而,如何进一步提升产率与保障批次一致性,仍是产业化落地的核心挑战。未来,随着自动化生产设备、人工智能工艺调控及新型仿生外泌体的研发,外泌体有望在肿瘤治疗、神经退行性疾病及组织修复等领域实现高效临床转化,成为下一代药物递送系统的标杆。这一领域的持续突破,不仅需要跨学科技术的深度融合,更需产学研协同创新以加速其临床开发与商业化进程。


参考资料:

1.https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9095511/

2.https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9658823/

3.https://mp.weixin.qq.com/s/NyJ0TVeZ1hYkPtQMSDWELw

4.https://m.ce.cn/xjk/jk/202503/25/t20250325_39330246.shtml

5.https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11775310/

6.https://mp.weixin.qq.com/s/_xpgPuKvlmFpgGtgF4vHtA

7.https://www.anextcell.com/material/293xibaozaiyaowaimiti

8.https://mp.weixin.qq.com/s/6WYGNEwiS7T2ArqgmBHprw

9.https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7075462/

10.https://www.eppendorf.com/product-media/doc/en/8894908/Fermentors-Bioreactors_Application-Note_476_DASbox-Mini-Bioreactor-System-High-Speed-Centrifuge-CR22N-Ultracentrifuge-CP100NX_Fast-Efficient-Isolation-Exosomes-Stem-CellsCombination-Singl.pdf

11.https://www.eppendorf.com/product-media/doc/en/8894908/Fermentors-Bioreactors_Application-Note_476_DASbox_BioBLU-c_High-Speed-Centrifuge-CR22N_Ultracentrifuge-CP100NX_Bi_Fast-Efficient-Isolation-Extracellular-Vesicles-Stem-CellsCombination-Si.pdf

12.https://www.cn-healthcare.com/articlewm/20230117/content-1499765.html

13.https://finance.sina.cn/stock/med/2025-03-11/detail-inepfzsp8856422.d.html



*版权声明:本网站所转载的文章,均来自互联网,旨在传递更多信息。鉴于互联网的开放性和文章创作的复杂性,我们无法保证所转载的所有文章均已获得原作者的明确授权。如果您是原作者或拥有相关权益,请与我们联系,我们将立即删除未经授权的文章。本网站转载文章仅为方便读者查阅和了解相关信息,并不代表我们认同其观点和内容。读者应自行判断和鉴别转载文章的真实性、合法性和有效性。
AI+生命科学全产业链智能数据平台
综合评分:0

收藏

发表评论
评论区(0
    tyc7111cc太阳成集团企业版
    50亿+条医药数据随时查
    7天免费试用
    体验产品
    摩熵数科开放平台

    最新报告

    更多
    • 摩熵咨询医药行业观察周报(2025.06.09-2025.06.15)
      2025-06-15
      26页
    • 摩熵咨询医药行业观察周报(2025.06.02-2025.06.08)
      2025-06-08
      24页
    • 摩熵咨询医药行业观察周报(2025.05.26-2025.06.01)
      2025-06-01
      21页
    • 2025年5月仿制药月报
      2025-05-31
      15页
    • 2025年5月全球在研新药月报
      2025-05-31
      32页
    AI应用帮助
    添加收藏
      新建收藏夹
      取消
      确认