《Pathology - Research and Practice》：Exosome Precision Engineering: A Comprehensive Method for Targeted Gene and Drug Delivery
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外泌体作为天然纳米载体，在药物与基因递送中展现出生物相容性、稳定性及跨生物屏障能力。结合合成生物学技术，通过表面修饰（如配体、抗体）和响应性系统（如远程负载、刺激响应机制），可增强靶向性并实现精准递送，在癌症治疗（负载化疗药物及靶向肽）、基因编辑（运输CRISPR-Cas9）及神经疾病干预中取得进展。当前挑战包括规模化生产、免疫安全性及监管审批。
作者名单：Hailah M. Almohaimeed、Hadeel Abdulrahman Waggas、Osama Mohammed Abdulaziz Altowaijri、Jawaher A. Abdulhakim、Zuhair M. Mohammedsaleh、Amany I. Almars、Aniruddha Chatterjee、Bikram Dhara、Daniel Ejim Uti
沙特阿拉伯利雅得Princess Nourah bint Abdulrahman大学医学院基础科学系，邮政信箱84428，邮编11671
摘要
外泌体是细胞之间用于传递蛋白质、脂质和核酸的小囊泡。由于其与身体的天然兼容性、稳定性以及能够穿越生物屏障的能力，它们成为药物和基因递送的有前景的载体。外泌体与合成生物学领域的最新进展带来了新的工程策略，扩展了其在治疗应用中的潜力。科学家可以通过在表面添加配体、抗体或肽来提高靶向精度，并通过开发更复杂的装载方法（如远程装载、刺激响应系统）来有效递送核酸和小分子。基因工程改造的外泌体可以递送CRISPR/Cas9系统，用于修改免疫反应并创新癌症治疗方法。然而，大规模生产、免疫安全问题以及监管批准仍然是需要克服的挑战。本文综述了最新的研究方法及尚未解决的问题，并强调了工程化外泌体作为促进精准医疗和疾病治疗的多功能平台的潜力。
引言
外泌体是细胞主动分泌的纳米级囊泡，在细胞间通讯中起核心作用。它们携带蛋白质、脂质和核酸，直接影响受体细胞的行为和功能[1]、[2]、[3]。外泌体曾被视为细胞废物，但现在被认为是肿瘤进展和组织修复的重要因素[4]、[5]。其天然结构使它们能够穿越生物屏障并递送分子 cargo，而不会引发显著的免疫反应。这种独特的能力使外泌体在靶向精度和生物相容性方面优于合成药物载体[6]、[7]、[8]。科学家已经绘制了外泌体生物发生、 cargo 选择和摄取的主要步骤，揭示了支持选择性递送的机制。外泌体表面的特定蛋白质能够高亲和力地结合靶细胞，从而实现定制化的治疗策略[9]。研究人员通过修改表面标记或装载特定 cargo 来优化外泌体的功能，增强其在治疗癌症、神经系统疾病和炎症性疾病方面的应用效果。这些特性使外泌体成为精准医疗中的强大工具（图1）。
合成生物学结合了生物学和工程学，为设计和改造生物途径提供了强大的工具集。它旨在通过应用工程原理来解决现实世界的挑战[10]。科学家不仅可以理解生物系统的复杂性，还可以对其进行重新设计和改造以满足特定应用需求[10]。例如，可以工程化外泌体以实现增强的治疗 cargo 递送、靶向递送和可控释放机制[5]。科学家已经成功工程化外泌体，使其能够递送 siRNA、治疗性蛋白质甚至 CRISPR-Cas9 基因编辑系统到靶细胞[11]。此外，还利用合成生物学制造了具有可控表面修饰的“设计型外泌体”，这些外泌体仅对受感染的细胞或组织提供益处，而不会产生脱靶效应[11]（图2）。
外泌体生物学与合成生物学的结合正在重新评估基因治疗和药物递送方法。研究人员利用外泌体的天然递送能力和合成生物学的可编程特性，开发针对癌症、遗传疾病和感染的疗法[12]、[13]。工程化外泌体能够选择性地将化疗药物递送到肿瘤细胞，从而减少对健康组织的毒性[14]、[15]。在遗传疾病中，外泌体可以运输 CRISPR-Cas9 基因编辑系统来修复靶细胞中的缺陷基因[16]、[17]、[18]。研究证实，使用工程化外泌体成功递送了功能性 CRISPR-Cas9[19]、[20]、[21]。科学家还在设计能够响应疾病生物标志物的智能外泌体，仅在疾病部位释放治疗性负载[5]、[22]。这种协同作用不仅推动了治疗的发展，还为理解细胞通讯和疾病机制提供了深入见解[23]、[24]。通过观察工程化外泌体与细胞的相互作用，研究人员正在揭示 cargo 如何影响细胞功能[25]、[26]。这些发现加速了基于外泌体的治疗方法的研发。随着知识的积累，个性化医疗变得越来越可行，可以根据每位患者的具体情况定制外泌体，提供更有效且侵入性更小的治疗方案（图3）。
外泌体凭借其天然能力在精准医疗中具有关键优势：能够靶向特定细胞、保护封装的生物活性分子，并以低免疫原性在体内循环。它们能够穿越血脑屏障、增强细胞摄取并保持生物相容性，从而在先进药物递送中发挥重要作用[92]。外泌体携带 mRNA、miRNA 和蛋白质等治疗性 cargo，以及靶向抗体。这些系统在癌症治疗和药物递送中显示出巨大潜力，如减少氧化应激和提高治疗特异性。研究人员仍在努力解决大规模生产、 cargo 装载效率以及临床转化中的监管障碍等问题[93]。
工程策略
对外泌体进行工程化改造以实现靶向递送是精准医疗的重要突破，使疗法能够高精度地到达特定细胞[5]、[27]。脱靶药物递送常常影响治疗效果并增加副作用，尤其是在癌症等复杂疾病中。精准靶向使得外泌体能够将治疗性 cargo 直接递送到病变细胞，保护健康组织并提高治疗效果。
靶向与递送：Cargo 装载技术
将治疗性 cargo 装载到外泌体中，可将其转化为精准递送工具，能够将药物、遗传物质或蛋白质递送到特定细胞[55]、[56]。这种靶向递送方法有望推动精准医疗的发展，并治疗多种疾病[56]。外泌体携带多种 cargo，包括基因编辑工具和小分子抑制剂，体现了其治疗上的多功能性[57]，如 DNA、RNA 和 siRNA 等核酸。
基因工程与临床应用
对外泌体进行基因工程改造以用于治疗应用是医学领域的革命性进展，将天然的细胞间信使转变为可编程的递送平台，能够重新编程生命代码[74]。可以将外泌体想象成小型、精准的“信封”，直接将治疗信息传递给靶细胞，有可能从基因层面治愈疾病[75]。这种方法对多种疾病具有巨大潜力，尤其是遗传性疾病。
外泌体在药物和基因递送方面的最新进展
这些工程化外泌体的治疗应用在多种疾病模型中显示出显著效果。在肿瘤学中，装载化疗药物（如多柔比星或紫杉醇）并经过肿瘤靶向配体（如 TAT 肽、RGD 肽）功能化的外泌体表现出增强的肿瘤积聚和优异的抗肿瘤活性，同时显著降低了全身毒性。对于遗传疾病和癌症，通过外泌体递送 CRISPR-Cas9 组件
挑战与未来方向
基于外泌体的疗法具有强大的治疗潜力，但仍面临重大的转化障碍。在不降低质量的前提下扩大生产规模仍是最大挑战。目前的实验室规模方法无法满足临床需求。研究人员正在开发先进的制造系统，以实现高产量的外泌体生产，同时保持其一致的治疗效果和严格的质量控制。这一转变要求在工业规模上保持精准性，同时不丧失生物特性。
结论
外泌体已成为精准药物和基因递送的多功能且具有前景的纳米载体，彻底改变了多种疾病的治疗策略。其天然的生物相容性、穿越生物屏障的能力（包括血脑屏障）以及天然的细胞靶向特性使其成为许多合成递送平台的优秀替代品。通过合成生物学和生物工程的进步，现在可以精确地定制外泌体以优化其递送功能。
伦理批准
（暂无相关信息）
未引用参考文献
[46]、[47]、[96]、[97]、[106]、[107]、[108]、[109]、[110]、[111]、[112]、[113]、[114]、[115]、[116]、[117]、[118]、[119]、[120]、[121]、[122]、[123]、[124]、[125]、[126]、[127]、[128]、[129]、[130]、[131]、[132]、[133]、[134]、[135]、[136]、[137]、[138]
作者贡献声明
UTI DANIEL EJIM：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、验证、概念构思。
Zuhair M. Mohammedsaleh：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、验证、概念构思。
Amany I. Almars：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、验证、概念构思。
Aniruddha Chatterjee：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、验证、概念构思。
Bikram Dhara：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写。
利益冲突声明
作者声明不存在利益冲突。
致谢与资助
作者感谢 Princess Nourah Bint Abdulrahman 大学的研究人员对本项目的支持（项目编号：PNURSP2025R213），感谢沙特阿拉伯利雅得的 Princess Nourah Bint Abdulrahman 大学。
作者贡献
所有作者均平等参与了本研究。
利益冲突
作者声明不存在利益冲突。
参与同意
（暂无相关信息）
出版同意
（暂无相关信息）
