了解一下什么是细胞外泌体

lyw 112 2026-02-22 15:08:08

干细胞疗法在过去二十年中被誉为“再生医学的希望”,因其具有自我更新和多向分化的能力,在治疗多种难治性疾病中展现出巨大潜力。然而,随着研究的深入,干细胞治疗的局限性也逐渐暴露并限制了干细胞治疗的临床转化。而近年来,干细胞衍生外泌体(SC-Exo)具有非免疫原性、无毒性、易获取和保存、无致瘤性及伦理争议等优势,并能继承母细胞的治疗效果一正以其独特的优势,成为替代干细胞治疗的新兴策略。

发表于nature子刊《Signal Transduction and Targeted Therapy上的这篇高分综述,在对过去五年的相关文献进行彻底检索和细致剖析后,为我们从专业特异性和疾病治疗方面,提出了干细胞来源的外泌体的外科应用和潜力。

一、 何为外泌体?为何说它是“青出于蓝而胜于蓝”?
如果说干细胞是一个“微型工厂”,那么外泌体就是它精心生产的“纳米级快递包裹”。这些直径仅30-150纳米的微小囊泡,虽然微小,却承载着干细胞的核心精华。
外泌体在细胞内形成,包裹着母细胞的重要“指令”,包括蛋白质、信使RNA(mRNA)和尤其是调控基因表达的关键分子——微RNA(miRNA)。当外泌体被释放到细胞外,它们可以通过血液循环,被其他受损或病变的细胞吸收,从而改变受体细胞的行为,实现治疗目的。与传统干细胞疗法相比,外泌体疗法具备诸多颠覆性优势:
  1. 1.极高的安全性外泌体不包含完整的细胞核,没有分裂增殖能力,因此完全避免了致瘤风险。同时,其表面蛋白特性使其免疫原性极低,极大降低了免疫排斥反应。
  2. 2.卓越的稳定性作为细胞分泌物,外泌体比活细胞更易于储存和运输,-80℃低温即可长期保存活性,解决了细胞治疗中冷链运输的苛刻难题。
  3. 3.精准的靶向性外泌体具有“归巢效应”,可以自发向炎症或损伤部位富集。通过现代生物技术,还可以对其表面进行工程化修饰,像“精确制导导弹”一样将药物送达特定细胞。
  4. 简而言之,外泌体继承了干细胞的治疗精华,却摒弃了其大部分缺点,真正实现了“去其糟粕,取其精华”。目前的研究倾向于干细胞外泌体通过
  5. 以下机制实现治疗作用:
    1. 信息传递:携带母细胞的mRNA、miRNA、lncRNA等,调控受体细胞的基因表达。

    2. 抗炎与免疫调节:抑制过度炎症反应,促进组织修复。

    3. 促进血管生成:通过传递VEGF等因子促进新生血管。

    4. 抗细胞死亡:抑制凋亡、焦亡、铁死亡等多种细胞死亡形式。

    5. 促进再生:激活内源性干细胞,促进组织自我修复。

 
外泌体在各大外科领域的突破性应用
大量 preclinical(临床前)研究表明,干细胞外泌体的治疗效果与干细胞本身相当,甚至在某些方面更优。以下我们聚焦外科领域,看看这一新星技术如何大放异彩。

1. 骨科与创伤外科:从骨折不愈到关节再生

  • 骨折愈合:对于难以愈合的骨折,间充质干细胞外泌体可以通过激活Wnt/β-catenin等关键信号通路,高效促进成骨细胞分化,加速骨痂形成。研究表明,来自年轻干细胞的外泌体,甚至能“逆转”老年个体的骨骼衰老,促进修复。
  • 骨关节炎:外泌体不仅能刺激软骨细胞再生,更能调节关节内的炎症环境,抑制导致软骨降解的因子。例如,来自髌下脂肪垫的干细胞外泌体,通过携带miR-100-5p,有效缓解了小鼠的骨关节炎进展和步态异常。
  • 脊髓损伤:这是外科领域的重大挑战。神经干细胞和外泌体在此展现出巨大潜力,能同时多靶点作用:抑制受损神经元的凋亡、促进血管新生以改善局部血供、并将有害的M1型小胶质细胞转化为有益修复的M2型,从而为神经再生创造有利环境。
2. 神经外科:对抗“不治之症”的新希望
  • 脑卒中:在缺血性卒中模型中,干细胞外泌体能显著缩小脑梗死面积。其机制包括保护濒死神经元、促进神经新生以及调控脑内免疫反应。通过工程化修饰,让外泌体携带脑源性神经营养因子,其疗效更是如虎添翼。
  • 阿尔茨海默病:外泌体能够跨越血脑屏障这一重大障碍。研究证实,它们可以促进大脑中β-淀粉样蛋白(Aβ)这一关键致病蛋白的清除,同时改善神经元间的连接(突触功能),从而改善认知记忆能力。
  • 帕金森病:通过抑制氧化应激和神经炎症,外泌体为保护多巴胺能神经元、延缓疾病进展提供了新策略。

3. 整形外科:创面愈合与美容抗衰的利器

在糖尿病足溃疡、大面积烧伤等难愈性创面中,外泌体可通过促进上皮细胞增殖、新生血管形成( angiogenesis),并调节胶原蛋白的合理沉积,显著加速愈合过程,同时减少疤痕形成。这为整形外科和美容医学带来了革命性的工具。

4. 心胸外科:修复心脏与肺脏的先锋

心肌梗死与心力衰竭:干细胞外泌体通过多种途径保护受损心肌。例如抑制心肌细胞凋亡,促进缺血区域的新血管生成,改善血液供应。同时,它们还能调节免疫,将促炎的M1型巨噬细胞转化为修复性的M2型,抑制有害的心脏纤维化。
肺纤维化:干细胞外泌体中的miR-302a-3p能够通过抑制TET1来调节巨噬细胞功能,阻止M2型巨噬细胞驱动的纤维化进程,从而减缓肺组织的瘢痕化。在博来霉素诱导的小鼠肺纤维化模型中,外泌体治疗能有效减轻炎症和胶原蛋白的异常沉积,保护肺泡结构。
急性肺损伤与肺动脉高压:干细胞外泌体可保护肺泡内皮细胞完整性,减轻血管渗漏和炎症。对于肺动脉高压,它们则通过调节Mitofusin-2等蛋白,抑制肺动脉平滑肌细胞的异常增殖。研究表明,外泌体治疗能显著改善模型动物的氧合功能,降低肺动脉压力,为这些危重症提供了潜在的治疗选择。

5. 眼科:照亮视力损伤的黑暗

视网膜变性性疾病(如老年性黄斑变性、视网膜色素变性):NSC来源的外泌体能够显著抑制视网膜中小胶质细胞介导的神经炎症,降低TNF-α、IL-1β等因子水平。而ESC来源的外泌体则可以激活视网膜内的Müller细胞,通过Wnt信号通路等促进其向视网膜前体细胞转化,实现潜在的结构修复。
获得性视神经病变:间充质干细胞(MSC)外泌体通过其携带的多种miRNA,直接支持视网膜神经节细胞的存活,并刺激其轴突的再生,试图修复受损的视神经通路。
角膜损伤与移植排斥:对于难愈性角膜上皮缺损,iPSC和MSC来源的外泌体均能促进角膜上皮细胞的增殖和迁移,加速伤口愈合。在角膜移植模型中,MSC外泌体能够抑制T细胞的活化和浸润,调节免疫反应,显著延长移植角膜的存活时间。

6.泌尿外科:守护肾脏功能的防线

慢性肾病与肾纤维化:骨髓间充质干细胞(BM-MSC)BMSC外泌体通过多种途径对抗肾纤维化。例如,外泌体中的miR-381-3p通过靶向NFAT5,减轻CKD患者常见的血管钙化。同时,它们还能通过调节Smurf2/Smad7轴,抑制肾小管上皮细胞的间质转化,从而减缓纤维化进程。

7、 妇产科:挽救女性的生育宝藏

原发性卵巢功能不全(POI):UC-MSC来源的外泌体通过调控Hippo信号通路,促进卵巢颗粒细胞的增殖和卵泡的发育。其携带的miR-17-5p则通过靶向SIRT7,减轻化疗药物对卵泡的DNA损伤和氧化应激。BMSC外泌体中的miR-144-5p通过抑制PTEN来对抗细胞凋亡。

Pure Stem®是日本知名再生医疗产品品牌,与大阪再生医疗中心的久保周敬医生合作研发再生医疗技术衍生系列产品。大阪再生医疗中心是日本首家“诊所×CPC(细胞培养加工设施)”一体化再生医疗机构,而久保周敬医生更是日本再生医疗领域知名专家,其成功实现了难度极高的“牙槽骨再生”技术。

再生医疗最重要的就是细胞培养加工技术,具体体现在细胞的增殖率与活性度上。Pure Stem®拥有强大的技术实力以及于再生医疗领域深耕多年的经验及数据积累,截至目前已成功研发包括干细胞上清液、外泌体、NMN在内的多款再生医疗相关产品,均为100%日本原产,专供日本当地各大再生医疗诊所。其产品品质远高于市面同类产品且安全、稳定,因此备受机构及医生推崇。

介绍Pure Stem®独家冻干粉加工技术生产的冻干粉剂型再生医疗系列产品及其院内使用方法。

日本PureStem系列

 

牙髓外泌体(Exosome)

外泌体是细胞释放出的极微小“囊泡”,内部含有多种“信号分子”。起到细胞间联系传递的作用。同干细胞上清液一样,外泌体也有多种来源,功效有差异。Pure Stem®外泌体产品采用独家制备提纯工艺,外泌体含量数倍于市面同类产品。

产品信息:

产品名称:

Pure Stem®牙髓外泌体(Pulp)

剂型:瓶装冻干粉

包装规格:1mL/瓶*10瓶/盒

外泌体含量:约347亿个/瓶

贮存方式:常温/冷藏

*40°以下,避免暴晒潮湿

效期:自生产日期起2年

脐带外泌体(Exosome)

脐带由来外泌体冻干粉。Pure Stem®通过电子诱导法由脐带血中高度提纯,纯度达到99%以上。除外泌体成分外,其内还富含GDF11,这是一种被称作“返老还童蛋白”的蛋白物质。

产品信息:

产品名称:

Pure Stem®脐带外泌体(Pulp)

剂型:瓶装冻干粉

包装规格:0.5mL(500mg)/瓶*10瓶/盒

外泌体含量:约75.8亿个/瓶

贮存方式:常温/冷藏

*40°以下,避免暴晒潮湿

效期:自生产日期起2年

 

Pure Stem エクソソーム特徴

Pure Stem エクソソームに含まれる数十種類の
有効成分の中、主要な成長因子(サイトカイン)

● 源自脐带血
的高浓度外泌体 ● 含有超过 99% 的外泌体
● 一瓶含有 75.8 亿个外泌体(500 毫克)
● 它是一种富含“GDF11”的产品,被称为回春蛋白。

安全我们遵守生物来源原材料的制造规定,召开伦理委员会会议并进行检查。

滴鼻套组使用方法:

第一步:溶解冻干粉

打开选择搭配的冻干粉瓶,取出滴管,吸取三分之二的专用溶解液并缓慢滴入冻干粉瓶中。而后轻缓晃动瓶身,使其充分、均匀溶解。直至液体透明。

 

第二步:灌入滴鼻喷雾瓶

使用滴管将调配好的制剂全部吸取并注入到滴鼻喷雾瓶中。而后固定好瓶口,确保不会漏液。

 

第三步:使用及药剂吸收体位

安稳坐姿,将滴鼻喷雾瓶对准鼻腔,分别按压喷入左右鼻腔3次。而后躺下,将枕头置于肩膀下方,下巴尽量垂直于屋顶,确保药物不会流入喉咙。保持这一状态约5分钟,使药物在鼻腔内尽可能被充分吸收。

*重复用药

可多次喷雾,每次间隔5分钟。不用时尽可能置于冰箱保鲜。为保持高活性,调配后,建议30分钟内用完。

iPS细胞来源的外泌体(iPSC-Exos)结合了iPS细胞和外泌体的双重优势,具有独特特性:

1. 无细胞治疗,安全性高:iPS外泌体不是活细胞,避免了iPS细胞移植后可能形成的畸胎瘤风险,也消除了胚胎干细胞涉及的伦理争议。

2. 纳米尺寸,穿透力强:由于其微小尺寸,iPS外泌体能够穿透血脑屏障,这对于治疗神经系统疾病至关重要。

3. 免疫原性低:外泌体的免疫原性远低于细胞治疗,降低了免疫排斥风险。

4. 稳定性与可量产性:外泌体更容易利用、生物制造和量产,处理方便,适合标准化生产。

iPS外泌体的作用与应用背景 
 

iPS外泌体通过其携带的生物活性分子(如蛋白质、核酸)调控受体细胞的功能,主要机制包括:

免疫调节:通过携带的TGF-β、IL-10等抗炎因子和特定miRNA,抑制过度炎症反应,调节免疫细胞功能。

促进组织修复与再生:通过传递促生长因子(如VEGFFGFEGF)和再生相关的miRNA,激活内源性干细胞,促进血管新生和组织修复。

抗纤维化:通过某些特异性miRNA(如miR-302家族)抑制成纤维细胞过度活化,减少瘢痕形成。

抗细胞凋亡:通过上调抗凋亡基因,下调促凋亡基因,保护细胞免受损伤。

延缓衰老:具有抗衰老潜力,可能通过传递年轻细胞的“年轻化”信号。

iPS外泌体在多种疾病的治疗中展现出巨大潜力:

1. 神经系统疾病

由于其能穿越血脑屏障,iPS外泌体在治疗脑中风、阿尔茨海默病、帕金森病等神经系统疾病中前景广阔。动物研究表明,它们能促进神经修复和功能恢复。

2. 心血管疾病

在心肌梗死模型中,iPS外泌体可通过促进血管新生和减少组织纤维化来修复受损的心脏组织,改善心脏功能。

3. 骨关节疾病

对于骨关节炎和关节退化,iPS外泌体表现出抗炎、促进软骨修复、抑制滑膜炎和调节骨骼重塑的多重功效。

4. 角膜损伤与眼部疾病

浙江大学团队开发了负载iPS-MSC外泌体的热敏水凝胶,用于促进角膜上皮和基质再生,能有效减少疤痕形成并加速愈合过程。

5. 代谢性疾病

研究表明iPS外泌体对糖尿病及其并发症(如糖尿病溃疡)具有治疗潜力,能加速伤口愈合和组织修复。

6. 抗肿瘤治疗

虽然研究相对初期,但iPS外泌体也被探索用于抗癌治疗。它们可能通过调节肿瘤微环境,抑制肿瘤生长和转移。此外,癌症来源的外泌体本身也可作为生物标志物,用于检测和预测癌症治疗的效果和反应。

外泌体又有何不同?
外泌体(Exosomes)是直径30-150纳米的囊泡,由细胞分泌,携带RNA、蛋白质、脂质等多种信号分子,是细胞间通信的“信使”。

与传统药物或细胞疗法相比,外泌体具有以下天然优势:

  • ✅ 低免疫原性:几乎不引发排异反应;

  • ✅ 易于储存与运输:冷链要求低,适合标准化制备;

  • ✅ 穿透能力强:可穿越血脑屏障、角膜屏障等;

  • ✅ 精准靶向:可通过表面标志物进行“定向传输”;

  • ✅ 无活细胞风险:不存在肿瘤化、异位分化等风险。

 

细胞在反复培养过程中会逐渐老化,并失去增殖能力。在细胞实验中,成纤维细胞的老化程度可以根据老化标志物(β-gal)的含量进行判断。研究结果表明,向老化的成纤维细胞中添加iPS外泌体后,老化标志物发生了减少。

通常情况下,成纤维细胞在老化后会逐渐失去生成胶原蛋白的能力。在细胞实验中,经过多次培养而老化的成纤维细胞同样会失去生成胶原蛋白的能力。然而,向这些老化的成纤维细胞中添加iPS外泌体后,其胶原蛋白的生成量得以维持。

正如大家所知,当血管长期暴露在糖分中时,例如罹患高血糖,血管会发生严重老化。在细胞实验中,当在血管细胞的培养液中加入糖并进行长时间培养时,细胞数量会减少,血管结构随之遭到破坏。然而,据研究表明,相同状态下的血管细胞中同时添加iPS 外泌体时,糖对细胞的破坏降低,血管结构得以保持。

案例一:iPSC-Exos 促进脑卒中修复

研究发表:Stem Cell Reports,2021年

研究团队从人类iPS细胞中提取外泌体,并应用于缺血性脑卒中小鼠模型。实验发现:

iPSC-Exos 可显著减少脑组织炎症反应;

促进神经元再生与轴突生长;

显著改善运动与认知功能恢复。

研究人员指出,iPSC-Exos 通过调节miR-133b、BDNF等关键因子信号通路,激活神经干细胞的再生潜能,为卒中后非细胞治疗提供了崭新路径。

启示:在脑卒中急性期及恢复期,结合鼻腔滴注或静脉注射iPSC外泌体,有望为语言障碍、肢体运动恢复等提供更温和但有效的辅助疗法。


案例二:iPSC外泌体修复心脏缺血再灌注损伤

研究发表:Theranostics,2020年

研究人员建立心肌缺血再灌注模型,使用iPSC-Exos治疗后发现:

外泌体能有效减少心肌梗死面积;

明显抑制心肌细胞凋亡;

上调心肌组织抗氧化能力与血管新生相关因子表达。

机制方面,研究指出外泌体通过调节PI3K/AKT 和 ERK 信号通路,激活细胞保护与再生机制。

启示:未来个性化心血管康复计划中,iPSC外泌体或可替代部分细胞疗法,成为高风险人群的“低风险再生干预”手段。

源自日本的再生医疗抗衰新星——iPS细胞外泌体
运用全新的iPS细胞培养技术

美国FDA IND批准|临床级iPS细胞(日本、美国、欧洲法规)|再生医学

临床级iPSC(StemRNA™ 临床 iPSC)

在美国FDA 药物主文件 (DMF) 中注册

临床级iPS细胞“StemRNA™临床iPSC种子克隆”已在美国食品药品监督管理局(FDA)药物主文件(DMF)中注册。

注册的DMF包含基于FDA要求的供体资格评估、iPS细胞建立方法、质量评估和制造中使用的试剂的详细信息。

DMF 注册是一种向 FDA 注册制剂原材料信息的系统。 通过向 DMF 注册此信息,使用 StemRNA™ 临床 iPSC 种子克隆的公司将能够更顺利地向 FDA 申请批准。

获得美国FDA IND许可(Gameto:Fertilo)

2025 年 2 月,总部位于美国的 Gameto Inc. 是一家提供临床级 iPSC 种子克隆 StemRNA™ 临床 iPSC 种子克隆的公司,其使用这些 iPS 细胞 Fertilo 的卵子体外成熟技术已获得美国食品和药物管理局 (FDA) 的 IND(临床试验注册)许可。 这是一项突破性的成就,有望作为使用我们的 iPS 细胞的治疗方法首次在美国进行临床试验,并再次证明我们细胞的高安全性和高质量。

随着Gameto 获得 FDA IND 批准,Gameto 有望过渡到美国首个基于 iPS 细胞的疗法 Fertilo 的 III 期临床试验。 我们相信,这将再次证明我们多年来培养的临床 iPS 细胞技术的高安全性和高质量将为全球范围内的再生医学和生殖医学的创新做出贡献。

CIRM 合作

2022年10月,我们与全球最大的再生医学研究资助机构加州再生医学研究所(CIRM)签署了基本协议,并作为行业资源合作伙伴参与了CIRM的行业联盟计划。

通过此次合作,我们将为CIRM 资助的几个重要再生医学项目提供高质量的临床级 iPS 细胞 StemRNA™ 临床 iPSC 种子克隆。

我们与CIRM 的合作证明了我们临床级 iPS 细胞的质量和可靠性得到了国际认可。 通过此次合作,我们正在全球加速再生医学和细胞治疗领域的研发,并大力支持所有旨在实现创新疗法的人。

获得特定细胞加工产品制造许可的设施(日本)/符合GMP的设施(美国)生产

日本(神奈川县川崎市:特定细胞加工产品制造许可证(设施号FA3200006))和美国(美国马里兰州)配备了再生医学的细胞加工设施。

临床级(临床用途)iPSC 概述(StemRNA™ 临床 iPSCs)

Reprocell利用其在日本、美国和欧洲三个基地的集团公司的专业知识,通过与PMDA(日本)和FDA(美国)/EMA(欧洲)的协商,提供符合每个国家(日本、美国和欧洲)法规的临床级iPS细胞。


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