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为探究外泌体（exosomes）特性及应用，研究人员开展相关研究，发现其在药物递送有潜力，但仍存挑战。
细胞间的通讯对于维持体内平衡和确保身体正常功能至关重要。这种通讯借助一种分区结构得以实现，组织和器官通过像血管和淋巴系统这样密集的运输网络相互连接。这些网络能让细胞、信号分子和药物抵达身体的所有组织。生化介质，通常是大小各异的分子（例如细胞因子、激素、趋化因子），通过明确的配体 - 受体相互作用促进通讯，进而触发复杂的细胞通路，调节机体的内稳态。此外，如今人们普遍认可，细胞间的通讯，即使是身体远处组织之间的通讯，也可以通过细胞分泌的细胞外囊泡（Extracellular Vesicles，EVs）来实现。这些生物颗粒介导血管外通讯，通常在特定组织和器官内以旁分泌的方式发挥作用。因此，EVs 在多种生理过程中发挥关键作用，包括免疫反应、组织再生、中枢神经系统通讯，同时也与癌症、炎症、心血管疾病和神经退行性疾病等病理状况相关。
例如，EVs 通过携带生物活性分子跨越血脑屏障等生物屏障，促进细胞间通讯，支持神经保护、神经可塑性、血管生成和抗氧化应激，这些都会影响神经系统疾病的转归。
根据国际细胞外囊泡协会（International Society for Extracellular Vesicles，ISEV）2023 年关于 “细胞外囊泡研究的最低信息标准（Minimal Information for Studies of Extracellular Vesicles，MISEV 2023）” 的指南，EVs 被定义为从细胞释放、由脂质双层界定且无自我复制能力的颗粒。它们被广泛分为内体起源的外泌体（40 - 200nm）、通过质膜（Plasma Membrane，PM）直接出芽产生的微泡（Microvesicles，MVs，或称为外切体，200 - 1000nm ）以及在细胞凋亡过程中产生且通常尺寸较大的凋亡小体。尽管基于大小进行了分类，但外泌体和 MVs 之间的区别仍然模糊。通常，小于 200nm 的囊泡被视为外泌体，而 200 到 1000nm 之间的则被归类为 MVs。由于这种细微的尺寸差异，它们有时被简单地称为小 EVs 和大 EVs。EVs 也可以根据其生物发生过程和所携带的物质（包括脂质、核酸和蛋白质）来区分。在过去几十年里，数百种不同的蛋白质和 RNA 分子被鉴定为这些天然载体所携带的物质。然而，通常用相似分离方法收集的不同类别的 EVs 在蛋白质组成上存在显著重叠。
随着该领域研究兴趣的不断增长，必须认识到 EVs 的分类在持续发展，纳入了新发现的（纳米）囊泡类型和亚型。这些包括在生物发生或分子载荷方面与传统外泌体不同的非经典外泌体，以及由含抑制蛋白结构域蛋白 1（arrestin domain - containing protein 1，ARRDC1）介导质膜出芽形成的 ARRDC1 介导的 MVs。外切粒（Exomeres）是一类不同于外泌体的纳米结构，比外泌体更小且没有脂质双层，由一种蛋白质复合物组成，该复合物参与从反式高尔基体网络（trans - Golgi network，TGN）到质膜的特定物质运输，最早在酿酒酵母中被描述。
大癌小体（Large oncosomes）是另一类与癌细胞相关的囊泡，其特点是尺寸异常大且富含致癌物质。最近，自噬性 EVs 也被报道，它们起源于自噬体，反映了细胞的自噬活性。同样，应激性 EVs 是在细胞应激条件下产生的，可能在应激适应和细胞间信号传导中发挥作用。基质小泡传统上与骨骼和软骨的矿化相关，选择性地位于软骨、骨骼和前期牙本质的初始钙化部位，如今被认为是在特定组织环境中具有特殊功能的 EVs。
这种不断扩展的分类凸显了 EVs 的复杂性和多样性，强调了它们在诊断和治疗方面的多样作用及潜在应用。
在各类 EVs 中，尽管其他类型的囊泡，如 MVs 和凋亡小体也逐渐受到关注，但外泌体因其重要性成为本综述的主要焦点。外泌体在药物递送应用方面有深入的特征描述和广泛研究，其产生在体内平衡、代谢应激（例如营养应激）和疾病等不同条件下会有所变化，这使得对外泌体的特征分析对于诊断目的具有很高价值。值得注意的是，外泌体可以很容易地从血液、尿液和乳汁等可获取的生物体液中分离出来，为分析提供了便利的来源。
由于外泌体在结构上与细胞膜相似，具有生物相容性，这使其成为药物应用的首选。外泌体具有高效的载荷装载能力，并且能够保护生物材料不被酶降解，这些优势增强了它们在药物递送方面的适用性。
最近的研究表明，某些康复疗法通过外泌体介导的机制发挥作用。当亲代细胞受到物理刺激激活时，会释放出具有增强特性的外泌体，这些外泌体可以通过递送生物活性载荷或优化细胞外环境来促进神经细胞再生。
此外，外泌体可以与先进技术相结合，实现诸如混合脂质载体和膜包被技术等创新。研究还探索了它们在各种纳米医学应用中的用途，包括热消融治疗。
外泌体的脂质双层结构适合容纳各种治疗药物，无论其疏水性如何，包括小分子和生物制剂，这从它们的生物学功能中得到了证明。鉴于外泌体天然的生物分布和趋向性特性，与合成纳米颗粒相比，外泌体具有高内在生物利用度、更好的药代动力学特征和低免疫原性等优势，可减少潜在的副作用，使其成为理想的靶向药物递送平台。除了这些天然特性外，旨在增强囊泡靶向性和成像能力的化学和基因修饰是一个关键的研究领域。外泌体成像涵盖多种方法，对于理解颗粒的生物发生、分泌、分布和细胞内运输至关重要。在过去十年中，该领域发展显著，已成为纳米医学和药物递送的主要分支之一。本综述全面研究外泌体，从其生物发生、分离和鉴定开始，深入探讨其装载机制的复杂性，探索其在药物递送方面的潜力，并讨论其在组织和细胞间的运输能力，特别关注用于这些目的的成像技术。通过综合当前知识并突出关键进展，本文旨在详细阐述这些天然纳米载体及其在治疗开发中的潜在应用。我们还讨论了目前阻碍该领域发展的局限性，特别强调当前在合成、分离和作用机制方面存在的缺陷。通过此次探索，希望能够为从实验室到临床应用的转化指明方向，强调基于外泌体技术的临床转化中未来的前景和挑战。
外泌体和细胞外囊泡的简史
本节概述了 EV 研究中的关键发现，认可了先驱者的贡献。整理这段内容颇具挑战，因为很难确定哪些发现彻底改变了该领域，但我们认为这些报告显著推动了 EV 和外泌体研究的发展。关于外泌体的首次报告可追溯到 1979 - 1981 年，由 Trams 博士、Lauter 博士、Salem 博士和 Heine 博士撰写。这些科学家首次报告了细胞外的酶活性。
起源和生物发生
以外泌体为重点，其生物发生的第一步是细胞膜内陷，形成早期内体。接下来，早期内体通过内体膜向内出芽的过程成熟为晚期内体，可能形成多泡体（Multivesicular Bodies，MVBs）。这导致在 MVBs 内形成腔内囊泡（Intraluminal Vesicles，ILVs）。在 MVBs 成熟过程中，特定的物质，如蛋白质、脂质和核酸被分选到 ILVs 中。这个分选过程受到调控。
外泌体的分离
外泌体的分离存在诸多挑战，主要涉及与其他细胞纳米颗粒的区分、回收率低以及提取过程的简化问题。涉及细胞培养基处理的实验方法应考虑细胞培养的独特要求，以获得最纯净、浓度最高的外泌体分离物。主要的分离方法依赖于大小、密度和独特表面蛋白的存在。然而。
外泌体的表征
由于 EVs 作为纳米颗粒具有内在的异质性，对其进行表征颇具挑战。缺乏普遍适用的鉴定方法影响了对它们的全面表征。遵循 MISEV - 2023 指南，应采用多种定量方法，每种方法都有其特定的局限性，以确保对囊泡进行全面准确的表征。外泌体的表征需要分析这些囊泡的各个方面，包括。
外泌体的装载策略
在过去几十年里，外泌体独特的蛋白 - 脂质结构和特性使其成为有前景的药物递送候选者。纳米级的尺寸、脂质成分以及在双层内外天然携带生物活性分子的能力，使外泌体能够跨越生理屏障并靶向特定细胞，在避免降解的同时递送其载荷。鉴于它们的天然特性。
生物分布和细胞运输
对于任何其他纳米递送系统而言，器官生物分布、组织和细胞运输都是研究外泌体功效和潜在副作用的重要参数。然而，目前的研究可能无法准确理解其生物分布情况，因为这些研究基于一些在自然界中通常不会出现的人为因素。首先，许多证据是通过使用异源囊泡收集的，这些异源囊泡可能遵循自身的生物分布规律。此外。
药物递送机制
在讨论基于外泌体的传统药物递送机制之前，值得一提的是，外泌体可能具有内在的药效学特性，这些特性在其与靶细胞的表面通讯过程中发挥作用。事实上，特定蛋白质与细胞受体相互作用的暴露可以触发生化级联反应，导致靶细胞中特定通路的激活，这些囊泡的免疫调节特性以及它们激活特定通路的能力就证明了这一点。
成像相关说明
对 EVs 的研究，尤其是它们作为药物工具的应用，需要更精确的研究，因为在许多情况下，论文中得出的合理结论与所呈现的数据并不完全吻合。考虑到避免内体摄取 / 逃逸的重要性，除了那些像其他颗粒一样，外泌体被添加了促进这些现象的分子的情况外，大多数已发表的研究并未涉及这个问题，只是提出了细胞质递送。
结论和未来展望
本文突出了外泌体研究领域的重大进展，特别是在其作为药物递送系统的应用方面。外泌体因其生物相容性、跨越生物屏障的能力和固有的靶向能力展现出了巨大的潜力。然而，仍然存在一些挑战，包括需要改进大规模外泌体生产的方法、标准化的分离技术，以及更好地理解其生物分布和细胞质运输机制。
写作过程中生成式人工智能和人工智能辅助技术声明
在撰写本文的过程中，作者使用了 ChatGPT 和 Gemini 来提高手稿部分内容的可读性和语言表达，使用 Elicit 和 ResearchRabbit 来增强文章搜索能力。在需要的地方，使用 Biorender 生成图表。在使用这些工具 / 服务后，作者根据需要对内容进行了审查和编辑，并对已发表文章的内容承担全部责任。
资助
这项工作得到了联邦地区 “天狼星” 国家计划（编号 22 - 03，日期 2024 年 9 月 27 日）的支持。ML 得到了 UM - DAE CEBS 的支持。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文所报告工作的财务利益或个人关系。
致谢
A.K. 感谢莫斯科谢切诺夫国立医科大学的 Priority 2030 研究计划。
