biotecnologia – aplicações – terapia genética tema 5

Exossomos são um subtipo de vesículas extracelulares, estruturas fechadas de bicamada lipídica derivadas de células e secretadas por quase todos os tipos de células, incluindo exossomos (30-150 nm), microvesículas (150 nm a 1 μm) e corpos apoptóticos (1-5 μm). Há muito tempo acredita-se que essas vesículas sejam uma forma de transportar os resíduos produzidos pela célula. Foi somente na década de 1980, quando pesquisadores estudavam o desenvolvimento de reticulócitos de ovelha, que eles inicialmente determinaram o papel de algumas vesículas de 30-150 nm e as denominaram exossomos. Observados ao microscópio eletrônico, os exossomos geralmente têm formato de copo ou esférico. Eles protegem e transportam macromoléculas funcionais, incluindo ácidos nucleicos, proteínas, lipídios e carboidratos, entre as células e transferem suas “cargas” para as células receptoras.

Com base em anos de pesquisa, a indústria reconheceu o potencial dos exossomos em uma variedade de aplicações. Em ensaios clínicos atuais, exossomos são utilizados como biomarcadores, terapias livres de células (terapia com exossomos), sistemas de liberação de fármacos e vacinas antitumorais. Suas fontes incluem células mesenquimais, células T e células dendríticas, bem como outras linhagens celulares modificadas.

Os exossomos apresentam vantagens insubstituíveis, como vetores de liberação de fármacos, incluindo baixa imunogenicidade, excelente biocompatibilidade e bioestabilidade. Além do uso de exossomos naturais sem qualquer modificação genética/química, existem duas maneiras principais de carregar cargas úteis em exossomos: no método direto, os exossomos são carregados com fármacos terapêuticos após a purificação (carregamento exógeno), enquanto no método indireto, células apropriadas são geneticamente modificadas ou cocultivadas com fármacos terapêuticos para produzir exossomos modificados (carregamento endógeno).

Para carga exógena, a indústria tem explorado várias estratégias para carregar fármacos em exossomos e maximizar seu potencial de entrega, incluindo incubação simples, bem como eletroporação, sonicação, congelamento-degelo, etc. Geralmente, há algumas diferenças entre os estudos, atribuídas ao comportamento biológico de diferentes células parentais e propriedades dos reagentes. Além disso, os exossomos são naturalmente carregados com proteínas e ácidos nucleicos naturais, o que reduz significativamente a eficiência de carga necessária. O método correto para atingir a carga ideal depende, em certa medida, da molécula de carga, que deve ser cuidadosamente selecionada com antecedência e deve considerar a capacidade de carga, a retenção do fármaco e os efeitos potenciais nas propriedades do exossomo. As limitações das estratégias de carga direta limitam o uso de terapias baseadas em exossomos em ensaios clínicos.

A criação e o uso de exossomos projetados e projetados de forma racional e proposital, com propriedades altamente definidas e reprodutíveis e um mecanismo de ação conhecido, constituem uma alternativa atraente aos exossomos de origem natural, que frequentemente são altamente heterogêneos e possuem mecanismos de ação pouco claros, além de serem uma base mais viável para o desenvolvimento de novos fármacos importantes. No entanto, as abordagens de engenharia exigem certas melhorias na manutenção das propriedades físico-químicas ideais dos exossomos e na melhoria da eficiência de carregamento. Outro desafio é que a maioria dos métodos utilizados para a engenharia de exossomos tem dificuldade em encontrar um equilíbrio entre o carregamento estável da carga desejada e a modificação da superfície versus a manutenção da biocompatibilidade do exossomo.

Outro gargalo na expansão de terapias baseadas em exossomos para produção em escala industrial e, posteriormente, para ensaios clínicos é a produção de exossomos de grau clínico em larga escala. O rendimento dos exossomos é altamente dependente de suas células-mãe, limitado pelas diferentes capacidades das células de secretar exossomos e pela alta dificuldade e custo da cultura celular em larga escala. Para a aplicação farmacêutica de exossomos, a expansão para níveis industriais ainda está em fase inicial, sendo de suma importância determinar os métodos que possam produzir o número necessário de exossomos contendo cargas terapêuticas o mais rápido possível.

A ineficiência dos métodos de isolamento de exossomos em larga escala é outro obstáculo ao desenvolvimento de exossomos de nível clínico. A quantidade, as características físico-químicas e a composição dos exossomos liberados por diferentes tipos de células podem variar. Atualmente, tecnologias baseadas em diferentes princípios têm sido utilizadas para o isolamento de exossomos, incluindo ultracentrifugação diferencial/ultracentrifugação, filtração, cromatografia de exclusão por tamanho, captura baseada em imunoafinidade, precipitação, etc. Embora alguns métodos de purificação de exossomos tenham sido desenvolvidos e otimizados, ainda é difícil encontrar um método específico que solucione todos os desafios relacionados, como baixa eficiência de separação, perda de amostra, baixa recuperação e pureza do exossomo e variabilidade entre lotes. Portanto, também é crucial caracterizar completamente os exossomos, especialmente em termos de tamanho, morfologia, concentração, presença de marcadores/conteúdos exossômicos e remoção de contaminantes.