在日常生活裡，我們或多或少都聽說過神經系統疾病，像缺血性中風，它發病突然，不僅嚴重損害患者的身體健康，還極大地改變了患者及其家庭的生活軌跡。長期以來，醫學領域一直致力於探尋更有效的治療手段，以應對這些棘手的疾病。近期，ACS Appl Mater Interfaces發表的一項研究成果Engineering Extracellular Vesicles Secreted by Human Brain Organoids with Different Regional Identity為神經系統疾病的治療帶來了新的思路。
大腦的結構與功能極為複雜，這給相關疾病的研究帶來了諸多挑戰。傳統的二維（2D）細胞培養技術，由於難以模擬大腦真實的體內環境，在神經系統疾病研究方面存在一定的侷限性。而三維（3D）類器官培養技術的出現，為深入研究大腦相關機制提供了更有效的途徑。細胞外囊泡（EVs）作為細胞間通訊的重要介質，在神經系統疾病治療領域逐漸受到廣泛關注。
在此次研究中，科研人員以人多能幹細胞來源的腦類器官為研究物件，從中分離出一種新型的EV亞群——基質結合奈米囊泡（MBVs），並將其與從培養基中分離得到的上清液EVs（SuEVs）進行對比分析。
圖 1：分化時間線和細胞外囊泡分離示意圖
研究發現，腦類器官產生的MBVs數量較多，約為SuEVs的10倍。在形態和大小方面，MBVs的模式尺寸約160 nm，呈現典型的杯狀雙層奈米顆粒形態，與SuEVs有所不同。
對其攜帶的物質進行分析後，有不少重要發現。在miRNA層面，通常情況下，SuEVs中的miRNA含量相對MBVs更為豐富。然而，隨著腦類器官的發育，前腦和後腦類器官來源的MBVs中，miRNA的相對丰度會發生變化。例如在特定發育階段，某些miRNA在前腦和後腦MBVs中的含量會出現明顯差異，這意味著miRNA可能在腦類器官的發育程序中發揮著調控作用。
蛋白質組學分析顯示，前腦和後腦類器官的SuEVs蛋白質貨物有較高的重疊度，但MBVs和SuEVs的蛋白質組成差異較大。MBVs含有更多與神經發生、神經發育相關的蛋白質，如ANXA1、CDH2、HDAC2等，同時富含黏附分子，像整合素等。這些蛋白質有助於MBV在細胞外基質中留存，也可能促進其被受體細胞攝取，為發揮治療作用奠定了基礎。
圖 2：透過蛋白質組學進行的蛋白質貨物分析
脂質組學資料表明，MBVs富含甘油磷脂和鞘脂。這些脂質成分能夠影響脂質膜的剛性，有利於整合膜蛋白的招募，進而對MBVs的功能特性產生影響。
為評估MBVs和SuEVs的治療效果，研究人員構建了體外模擬缺血性中風的氧糖剝奪（OGD）模型。實驗結果顯示，在相同劑量下，MBVs表現出更強的恢復作用。它能夠有效調節自噬過程，增強細胞對活性氧物種的清除能力，並且具備良好的抗炎能力，這些作用共同促進了受損組織的修復。
圖 3：體外氧糖剝奪（OGD）中風模型
總體而言，這項研究首次全面細緻地對人腦類器官來源的MBVs進行了表徵。它讓我們對細胞間的通訊機制有了新的認識，也為神經系統疾病的治療提供了新的方向。未來，隨著研究的持續深入，基於這些發現開發出針對神經系統疾病的新型無細胞療法或許不再是遙不可及的夢想。我們期待科研人員能在這條道路上不斷取得突破，讓這些前沿研究成果儘快應用於臨床，為飽受神經系統疾病折磨的患者帶來康復的曙光。
參考文獻：
Liu C, Chen X, Ene J, et al. Engineering Extracellular Vesicles Secreted by Human Brain Organoids with Different Regional Identity. ACS Appl Mater Interfaces. Published online March 3, 2025. doi:10.1021/acsami.4c22692
點選下方「閱讀原文」，前往生物谷官網查詢更多生物相關資訊~