综述：可规模化外泌体生产的最新进展：挑战与创新

这篇综述系统探讨了外泌体（Exosomes）作为纳米级细胞外囊泡（30–150 nm）在肿瘤学、神经退行性疾病和免疫治疗中的生物标志物与治疗剂潜力，重点分析了规模化生产面临的挑战（如分离纯化效率、标准化难题）及创新解决方案（微流体芯片、EXODUS系统、AI质量控制框架），为推进外泌体在精准医疗和再生医学中的应用提供了技术路线图。

　　

可规模化外泌体生产的最新进展：挑战与创新

摘要

外泌体作为直径30–150 nm的纳米级细胞外囊泡（EVs），在细胞间通讯中发挥关键作用，并成为肿瘤、神经退行性疾病和免疫治疗领域极具潜力的生物标志物和治疗载体。然而，其临床应用受限于规模化生产、高效纯化和标准化等挑战。本综述系统评述了外泌体生物加工技术的最新进展，包括细胞源优化、培养条件改良，以及微流体微阵列和EXODUS系统等新一代分离技术，同时提出通过整合生物反应器系统和人工智能（AI）驱动的质控框架加速外泌体在精准医疗中的应用。

1. 引言

外泌体是EVs的一个亚类，由磷脂双分子层包裹，携带蛋白质、脂质和核酸等生物分子，参与免疫调节、细胞迁移和稳态维持等生理过程。其在癌症和神经退行性疾病中的病理作用使其成为诊断和治疗的双效工具。然而，规模化生产的技术瓶颈（如低产量、杂质污染）和缺乏统一标准严重阻碍了临床转化。

2. 外泌体生产技术

2.1 细胞源与外泌体特性

外泌体的生物学特性高度依赖其细胞来源：

• 间充质干细胞（MSCs）：骨髓来源（BM-MSCs）在缺氧条件下产量提升2–3倍，脂肪来源（AD-MSCs）则表现出更强的组织修复能力。
• 神经干细胞（NSCs）：富含神经营养因子（如BDNF和NGF），但伦理问题和分化复杂性限制了其应用。
• HEK293细胞：高增殖率和转染效率使其适合工业化生产，但需通过表面修饰增强功能。

2.2 培养与收集优化

三维（3D）培养和缺氧条件（1% O₂）可显著提升产量。例如，脐带MSCs（UC-MSCs）在3D系统中产量增加3–4倍。此外，中空纤维生物反应器（HFBs）单周产量相当于70个T225培养瓶，大幅降低杂质。

2.3 新兴技术

• 基因编辑：过表达Rab27a或TSG101可促进外泌体分泌。
• 物理刺激：低强度超声（0.5 W/cm²）使产量提升1.8倍，且不影响形态。
• 微流控芯片：通过精确控制剪切力实现高通量生产。

3. 外泌体分离与纯化技术

3.1 传统方法局限

超速离心（UC）和密度梯度离心（DGC）虽常用，但存在耗时（>16小时）、低回收率（<50%）等问题。

3.2 新兴技术突破

• EXODUS系统：10分钟内处理10 mL样本，纯度较聚乙二醇沉淀法高44.4%。
• 磁性分离：外泌体模拟物（EMs）的载药效率达68%，优于传统方法。
• 二氧化硅-肽亲和分离：成本低且适合临床大样本处理。

4. 质量控制与标准化

外泌体表征需结合动态光散射（DLS）、纳米颗粒追踪分析（NTA）和透射电镜（TEM）。国际细胞外囊泡学会（ISEV）发布的MISEV2023指南建议至少检测3种阳性标志物（如CD9、CD63）和2种阴性标志物（如Calnexin）。

5. 未来展望

工程化外泌体（如CRISPR修饰或靶向肽融合）在肿瘤疫苗和神经退行性疾病治疗中展现潜力。然而，规模化生产、成本控制和全球标准化仍是亟待突破的瓶颈。通过AI驱动的质控和跨学科合作，外泌体技术有望重塑精准医疗格局。

（注：全文严格基于原文内容缩编，未添加非文献支持的信息。）