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基于外泌体的药物开发现状及市场分析

发布日期:2020-03-24

【编者按】从产业化角度来看,部分企业已经掌握了工业ч化生产和分离纯化外泌体的技术,这为外泌体产品走向临床应用奠定了基础。

本文来源药渡,作者张越飞;经亿欧大健康编辑,供行业人士参考。

外泌体(Exosome)是一类直径约30-150 nm的细胞外囊泡(Extracellular vesicle,EV)。细胞内体-溶酶体途径中的多囊泡体(Multivesicular body, MVB)内陷会形成腔内囊泡(Intraluminal vesicle,≯ILV)。包含ILV的MVB在囊泡运输相关蛋白的作用下,会与细胞膜融合将ILV释放,释放的I๑LV即为外泌体。

图1 外泌体示意图

外泌体虽小,但是“五脏俱全”。研究发现,外泌体可以包裹携带RNA,DNA,蛋白质、脂质等多种信号分子,其表面膜上还有丰富的抗原表达,是一种新型的细胞间信号传递的媒介。无论原核生物还是真核生物,无论何种体液和☞细胞类型,均存在丰富的外泌体。越来越多的文献表明,外泌体可以起到细胞Θ间信号分子传递的作用,从而调控许多生理病理过程。

外泌体如何发挥生物学效应?

外泌体可以通过多种方式发挥其生物学效应:

通过外泌体表面蛋白或者有生物活性的脂质配体与受体细胞的表面受体结合,调控下游信号转导;

 与受ф体细胞的细胞膜融合,将功能性内容物(转录因子,致癌基因,调节性非编码RNA,mRNA,感染性分子等)导入受体细胞,‖|调控其功能。

受体细胞通过胞饮或者吞噬作用将外泌体吸收,外泌体内容物在受体细胞中释放,从而影响受体细胞的功能。

图2 外泌┚体生成过程及发挥作用的方式

外泌体在疾病中扮演的角色?

外泌体在疾病发生的分子机制、疾病的诊断和治疗中发挥了重要的作用。以肿瘤为例,研究发现肿瘤细胞来源的外泌体可以被器官特异性的细胞所吞噬,形成前转移◤灶,来引导肿瘤细胞的定植和转移;蛋白多糖Glypican-1富集的外泌体在胰腺癌病人血液中明显增多,可以作为胰腺癌病人早期液体活检的潜在生物标志物;将外泌体作为靶向KrasG12D的给药载体可以显著抑制↘小鼠胰腺癌,并且提高生存率。

除此之外,在感染性疾病和神经退行性疾病等多种疾病过程中,外泌体均可以调控其病理过程,是潜在的新型治疗干预靶点。另外,未经修饰改造或者工程化改造生产的外泌体也可以作为大分子药物的给药载体。

外泌体如何应用于药物开发?

1、干预疾病发生相关的外泌体

外泌体可以介导多种疾病的病理过程,调控疾病相关外泌体可以起到缓解或者治疗疾病的作用,这可以通过干预相关外泌体的生成、释放、摄取以及功能性内容物来实现。

2、治疗性外泌体作为药物

由于外泌体富含生物活性物质,其本身就有一定的治疗潜力。例如干细胞来源的外泌体,具有促进血管新生,抑制细胞凋亡,促进细胞增殖☠,释放免疫调节物质等功能,在再生医学领域有一定的应用价值。

3、外泌体作为给药载体

外泌体可以Ц携带RNA,DNA,蛋白质等信号分子,因此可以作为治疗性生物大分子的给药载体。例如外泌体可以作为治疗性核酸药物的给药载体,将mRNA、miRNA等传递到靶细胞,从而调控目的基因的表达,来起到治疗作用。与以往的非病毒给药载体相比,外泌体作为给药载体,有较高的生物相容性和较低的免疫原性,可以由病人自体细胞培养获得,并且能够通过血脑屏障。

外泌体作为药物的优势?

外泌体疗法作为一种新的治疗方式,为当前一些难治疾病的治疗或者难以成药靶点的药物开发带来一些新的机会。外泌体由细胞分泌,本身就含有丰富的生物活性物质。有研究表明,干细胞来源的外泌体也能发挥促进细胞再生或修复的能力。这样就可以代替干细胞发挥作用,从而避免干细胞治疗√带来的免疫排斥和致癌风险。外泌体膜表面有组织特异性抗原的表达,这为器官、组织或者细胞靶向性的药物开发提供了生物学基础。复杂的膜组分可以让外泌体通过表面的蛋白相互作用,或者进入靶细胞来发挥作用,这使得药物的作用方式更加多元化。另外,外泌体有很低的免疫原性,不会引起免疫系统的不良反应,可以重复给药,并且能无创性地通过许多组织屏障(例如血脑屏障等)。

外泌体药物产品和公司有哪些?

目前所有的外泌体产品(部分产品只标明为EV,此处一并统计)均为在研产品,总计25项。现有产品大部分处于早期研发阶段,仅有United Therapeutics Corporation的一个产品进入了Phase 1。

表1 外泌体药物产品一览

其中直接将外泌体作为治疗药物的共9项,其余16项将外泌体作为给药载体。现在╯╰尚无将干预疾病相关外泌体生成作为成药策略的产品。这可能是由于外泌体调控疾病的机制复杂,特异性靶点尚不明确。

图3 产品阶段与成药策略的构成(数字代表产品Θ数量)

外泌体产品的适应症主要集中于癌症(占比32%)和神经系统疾病(占比15%)。

图4 外泌体药物主要适应症分布(数字代表产品数量)

涉足外泌体领域的公司共有14家,其中13家为生物技术公司,1家为医药企业,约一半来自美国。以外泌体相关产品作为主营业务的共有7家,占50%的比例。目前生产外泌体的细°゜胞绝大部分是干细胞,所以提供干细胞技术与服务的公司也开始将外泌体作为自己的产品线。这类公司共σ有4家,约占30%。剩余20%的公司专注于细胞治疗等方向,将外泌体作为产品布局上的补充和分支。

表2 外泌体领域公司一览

由于外泌体是新兴的治疗方式和手段,所以该领域的公司大部分为初Ч创公司,占比约65%。绝大部分的公司产品单一,超过两项以上的只有Codiak BioSciences,The Cell Factory和Avalon GloboCare三家。根据主营产品是否为外泌体,以下将分为外泌体技术公司与非外泌体技术公司,对该领域的公司及其产品进行介绍。

外泌体技术公司及其产品

Codiak BioSciences是一家领先的外泌体药物公司,致力于设计、工程化改造并大规模生产临床应用级别的外泌体,用于外泌体介导的药物递送以及精准治疗。它拥有用于外泌体设计和生产的核К心专利平台engEx™,可以生产出工业级别和规模的外泌体。

图5 Codiak BioSciences的eng⿹Ex™平台生产改造外泌体的示意图

engEx™平台主要有两╢种方式来工程化改造和生产治疗性外泌体:外源药物装载和生产细胞改造。外源药▌物装载利用电穿孔等技术,将ㄨ药物装载进入分离纯化的外泌体中,从而得到治疗性外泌体。生产细胞改造是直接对生产外泌体的细胞进行分子生物▍学改造,从而使该细胞生产的外泌体在其表面或者内部携带治疗性的分子。例如使外泌体过表达PTGFRN (exosome-specific protein transmembrane glycoprotein),可以使其表面表达大量的结构或者功能各异的蛋白,包括肽类、抗体片段等等。

Codiak BioSciences拥有外泌体领域最大的研发管线,共有在研产品8项,主要应用于肿瘤免疫、自身免疫病等方向。目前,其所有产品均处于研究或者⊕临床前阶段,其中exoSTINGTM和exoIL-12TM预计在2020年将开展临床试验。在研产品主要分为两类:装载反义寡核苷酸的外泌体(exoASO™)和表达抗体的外泌体。装载反义寡核苷酸的外泌体是RNAi技术的给药载体,可以用于沉默靶细胞基因的表达。现有的exoASO™产品可用于STAT6、 CEBP、 NRAS和STAT3等基因表达的沉默,从而发挥抗肿瘤的作用。另外exoCD-3产品是表达CD3抗体的外泌体,用于靶向T细胞并抑制其活化,缓解自身免疫。

The Cell Factory是∴Esperite Group的全资子公司,旗下共有在研外泌体产品4项。该公司正在开发annexin V增强型的临床级的间充质干细胞来源的EV,用于治疗炎症性疾病,包括支气管发育不良、克罗恩病、中风癫痫等。The Cell Factory有用于大规模生产超纯EV的专利技术,Π符合GMP标准。体内体外不同的实验模型显示,annexin V可以增强临床级EV的抗炎以及抗免疫原性。其产品CF MEV 107可以抑制B细胞的增殖,分化以及抗体的产生,也可以诱导活化的T细胞的凋亡,促进调节性T细胞的增多。

ArunA Biomedical是一╣家专注于利用外泌体治疗神经退行性疾病的生物医药公司,它有超过12年的神经干细胞生产和供应经验,并且是第一家商业化应用神经干细胞的公司。该公司致力于利用自身平台生产神经干细胞来源的外泌体,为合作伙伴提供RNA、抗体、小分子等物质的给药载体。ArunA Biomedical有较为成熟的神经干细胞培养生产平台,这也是其大规模生产临床级神经干细胞外泌体的基础。ArunA Biomedical的主要产品AB 126是一类神经干细胞外泌体。AB 126通过增强神经系统的自身修复机制,用于中风的治疗。该产品目前在美国进行临床前研究,相关研究数据显示:在啮齿动物血栓中风模型中,相比于间充质干细胞外泌体,神经干细胞外泌体可以改善细胞及组织功能,并增加循环调节性T细胞的数量,从而促进脑损伤处的髓鞘再生。运动机能实验也显示,神经干细胞外泌体有缓解作用。该公司计划于2021年进行AB 126的新药申请(IND),但其具体的作用机制和靶点目前并不明确。

Evox Therapeutics是一家利用外泌体作为给药载体的生物技术公司,专注于罕见病的Э治疗。该公︹︺︻司宣称,其专利技术平台DeliverEXTM可以对外泌体进药物装载,并实现器官靶向给药。其研发管线聚焦于先天性代谢疾г病(包括溶酶体贮积病等)和神经肌肉疾病。Evox Therapeutics目前正在开发基于外泌体的多肽疗法,用于神经系统疾病的治疗,其针对杜氏肌营养不良和感染的早期研究也正在英国开展。2017年11月,该公司和Boehringer Ingelheim签署合作协议,开发─━外泌体介导的RNA给药疗法,但是相应的靶标和适应症并未公开。

NeurExo Sciences利用亨利福特医疗集团的专利技术,开发包含miRNA的外泌体,用于治疗中风、脑损伤等。临床前研究数据显示,外泌体可以缓解化疗引起的外周神经病变,并增强铂类药物的抗肿瘤作用。该外泌体与铂类药物联用可以显著减少约80-θ91%的肿瘤体积,单用铂类药物仅能抑制约50-72%的肿瘤生长。

Tavec Pharmaceuticals致力于工程化开发miRNA载药的外泌体,用于肿瘤基因治疗。该公司产品TVC201 是外泌体介导的miRNA疗法,用于治疗胆管癌、肝癌以及其他肝病。Tavec的外泌体技术可以将特异性的miRNA直接释放到到肿瘤细胞,用◑↔↕▪于胆管癌的治疗。该技术源于约翰霍普金а斯大学开发的基质细胞外泌体制备方〧法。该方法制备的外泌体具有低毒性,可以特异性地将肿瘤抑制分子传递到肿瘤部位,抑制肿瘤生长,延长生存时间。

AEGLE Therapeutics专注于外泌体在内的细胞外囊泡的新药研发,利用同种异体的骨髓间充质干细胞来源的外泌体,治疗皮肤疾病。2019年5月,FDA批准了其产品AGLE 103新药临床试验申请。2019年11月,AEGLE Therapeutics计划针对营养不良性大疱性表皮松解症开展phase I/IIa临床试验(NCT04173650)。AGLE 103是间充质干细胞来源的EV,用于┑治疗包括大疱性表皮松解症在内的严重的皮肤病。大疱性表皮松解症患者不能产生collagen type VII,因此微小的摩擦就造成皮肤起泡。AGLE 103胞外囊泡将collagen type VII和collagen type VII RNA传递到患者的成纤维细胞处。吞噬了胞外囊泡的成纤维细胞可以产生collagen type VII,从而缓解相应的症状。该公司利用其核心的EV分离技术,可以工程化地生产出治疗性EV,并且没有异种细胞增殖和移植的风险。

非外泌体技术公司及其产品

Avalon GloboCare公司是一家国际化的生物技术开发商和⊿医疗保健服℡务提供商,其外泌体产品主要包括AVA202和AVA203。AVA202是Avalon GloboCare和Weill Cornell Medicine联合开发的内皮细胞来源的促进血管新生的外泌体。2019年7月,临床前数据显示,AVA202能使组织再生,并促进血管生成以及创伤修复。AVA203则是间充质干细胞来源的外泌体,用于治疗肝纤维化和肺纤维化。目前两个产品都正在计划进行IND申请相关研究。另外,Avalon ぁGloboCare与上海市第九人民医院建立了联合实验室进行再生外泌体组研究,加速诊断和治疗应用的开发,特别是在塑形重建手术、伤口愈合、☑护肤和外泌体生物信息学等方面。

美国联合治疗公司United Therapeutics Corporation的产品UNEX-42是骨髓间充质干细胞来源的EV,是目前进展最快的外泌体产品。2019年6月该产品在美国开展支气管发育不良一期临床试验(新生儿)(NCT03857841),共招募约18名病人,进行有安慰剂对照的、随机的以及剂量爬坡研究,以评价其安全性。

瑞典生物技术公司AlligatorBioscience长期致力于肿瘤免疫疗法与相应抗体的研发,2019年9月在瑞典开始进行其外泌体药物4224的临床前实验。Alligator Bioscience运用自己提出的RUBY™ format来开发抗体。4224是肿瘤外泌体转化的双特异性抗体,靶向CD40和EpCAM,用于癌症治疗。4224可以激活树突状细胞,并且促进其吞噬肿瘤来源的外泌体。吞噬肿瘤外泌体的DC细胞会将肿瘤抗原递呈给T细胞,并使之激活,从而杀伤肿瘤细胞。

2018年7月,专注于罕见病新药研发的Capricor Therapeutics和美国陆军外科研究所签署协议,共同开发外泌体产品CAP 2003,用于创伤治疗。该技术获得Cedars-Sinai Medical的知识产权独占许可。该产品外泌体提取于心肌球来源细胞(CDCs),富含多种脂质、蛋白以及RNA。2018年8月公布的临床前研究数据显示,CAP 2003可以调控巨噬细胞的极化,引起抗炎反应和促再生反应,并提高T细胞的免疫调节作用。另外,杜兴氏肌肉营养不良症小鼠模型数据显示,CDC来源的外泌体具有改善作用。

Stem Cell Medicine正在开发外泌体疗法,用于治疗*包括自闭症在内的神经退行性以及精神类疾病。☺☻该疗法基于间充质干细胞来源的外泌体,采用鼻饲给药技术。由以色列特拉维夫大学Tel Aviv University授权进行开发。

费森ё-尤斯医疗是全球最大的透析产品和服务供应商,2018年7月宣布旗下子公司Unicyte ├AG慢性肾病的再生医学项目中取得了临床前研究的里程碑结果。Unicyte AG┄┅是再生医学领域的干细胞技术公司,其产品纳米胞外囊泡Nano-EVs在慢性肾病的临床前模型中具有疾病治疗的潜力。

CellTex Therapeutics是一家提供个人“干细胞银行”服务的生物技术公司。该公司和德州农工大学*共同开发自体间充质干细胞来源外泌体,用于治疗阿尔兹海默症。分离获得的间充质干细胞来源的抗炎外泌体,会将抗炎物质传递到脑部,以缓解脑部损ζ伤,修复阿尔兹海默症相关的神经损伤。

总结与未来展望

外泌体作为一种新型细胞间通讯的方式,受到了科研界的广泛关注。利用外泌体的固有特性和优势,来进行药物开发的研究也越来越多,但是也存在许多问题。比如,外泌体的生成、分泌机制尚不明晰,其亚群体的区分和功能研究较少。另外,外泌体内容物丰富且复杂,找到其发挥功能作用的信号分子也存在难度。

从产业化角度来看,部分企业已经掌握了工业化生产和分离纯化外泌体的技术,这为外泌体产品走向临床应用奠定了基础。基于外泌体的治疗方案体现了精准治疗的理念,但是代表这一水准的外泌体定向改造技术仅有少部分公司掌握。另外,如何更好地将外泌体技术与现有治疗技术进行结合,发挥外泌体治疗的优势也值得进一步思考。例如,使用干细胞外泌体代替干细胞进行治疗,将▂▃▅▆█外泌体作为CRISPR-Cas9的给药载体等等。

随着外泌体研究更加深入,相关技术更加成熟,资本投入更加充足,可以想见,外泌体技术一定能在药物治疗的格局中找到自己不可替代的地位。

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