基于高通量纳米流控芯片实现外泌体装载药物并杀伤肿瘤过程 研究团队供图

如果将细胞比喻为生产生物分子的工厂，那么外泌体则是携带这些分子的运载器，能够直接进入受体细胞内部释放所携带的物质而影响受体细胞。近年来，外泌体被用于探索治疗人类疾病的药物分子的天然递送载体，在智能药物递送领域具有巨大的应用潜力。

9月2日，中国科学院深圳先进技术研究院杨慧研究员团队研发了一种纳米流控芯片技术，实现了外泌体药物载体的高通量制备，并实验验证了新型外泌体药物载体的抗肿瘤效果。最新研究成果以封面文章的形式发表于《Small》上。博士研究生郝锐为该论文的第一作者，杨慧研究员为通讯作者。

外泌体是几乎所有细胞类型都能分泌到细胞外空间或体液中的纳米级颗粒，其直径大约为30~200纳米，作为一种天然的细胞间物质载体，通过生物分子的转移和传递来实现细胞间的通讯。将外源物质装载到外泌体中的传统方法，如电穿孔方法，一直以来存在装载效率过低、且极易破坏外泌体的完整性和功能性的缺点，使得外泌体在生物医药应用上面临重大挑战。

为应对这一挑战，杨慧团队提出一种名为“外泌体纳米穿孔器 (Exosome nanoporator)”的高通量芯片，可将多种外源物质装载到外泌体中，并获得大量装有药物的无损伤外泌体样品。

“外泌体纳米穿孔器”借助纳米流体芯片技术可在纳观尺度精确控制流体的特点，实现外泌体药物载体制备条件的高度可控。基于MEMS微纳制程工艺，制造结构精密的纳米级通道，实现了30,000个模块的并行工作，可极大的提高工作效率。通过纳米通道对外泌体施加机械挤压和流体剪切的耦合作用，在外泌体膜表面产生短暂存在、且不破坏生物膜结构的纳米孔，促进外源物质分子从周围溶液进入外泌体，从而实现了外泌体药物载体的无损伤制备。

阿霉素作为一类抗生素类药物，常作为脑胶质瘤、恶性淋巴瘤、乳腺癌以及肺癌等各类癌症的治疗药物。为进一步验证“外泌体纳米穿孔器”的有效性，研究人员选取阿霉素作为验证对象，证实了“外泌体纳米穿孔器”可以将其高效装载到外泌体中，并且载药外泌体可以将阿霉素运输到肺癌细胞和肿瘤球中，并诱导癌细胞死亡和抑制肿瘤球生长。

“研究结果表明开发的纳米流控芯片确保了含药外泌体的活性，同时架起了对抗癌细胞、肿瘤细胞等的“直击通道”，在不产生免疫反应的情况下释放内含药物，这是外泌体药物临床应用的重要前提。”杨慧表示。

目前，研究团队正在力求将这一纳米流控系统进行标准化生产。杨慧介绍，未来，基于纳米流控芯片技术实现外泌体载药的新策略有望发展成为一个平台型工具，将具有生物学意义和临床治疗作用的不同外源物质装载到外泌体中，在生物学研究和无细胞治疗方法开发上得到更多应用。

相关论文信息：https://doi.org/10.1002/smll.202102150