細胞溝通的奇蹟「外泌體」華麗變身為「再生醫學」新星

2024-11-21

細胞溝通的奇蹟「外泌體」華麗變身為「再生醫學」新星

細胞溝通的奇蹟「外泌體」華麗變身為「再生醫學」新星

外泌體(Exosome)是再生醫學領域的珍珠耀眼新星,在1980年以前,它的故事卻是從「細胞囊泡」細胞的廢棄物的誤解開始的。 ,隨著研究深入,科學家驚訝地發現,外泌體擁有與細胞膜相同的磷脂質結構,內含豐富的DNA、RNA及蛋白質等活性生物物質,具有再生因子及促進組織修復的能力。

自2013年諾貝爾獎發佈外泌體至今,外泌體多樣性的應用,推動了多國及台灣多家生技公司紛紛投入研發,今年3月,衛福部有條件開放,允許來自人體細胞的外泌體,作為化粧品原料,是繼美國、加拿大、日本、韓國後的第五個國家。

詹姆士羅斯曼(James Rothman)和蘭迪謝克曼(Randy Schekman)以及德國的托馬斯蘇德霍夫(Thomas Suedhof)於2013年獲得諾貝爾醫學獎。

外泌體到底是甚麼?

外泌體(Exosome)是幹細胞所分泌的一種特殊雙脂質膜活性囊泡,介於50奈米(nm)到150奈米之間,是一種非常小的分子顆粒。外泌體被細胞像泡泡一樣被細胞吐出去時,就能像「快遞」一樣,負責傳遞細胞與細胞之間的訊息,舉例來說,像是當皮膚細胞出現異常情形時,就會釋出外泌體,去跟其他的細胞傳達需要救援的訊息,讓健康的細胞到有問題的地方進行再生修復的作業,像是抑制發炎、免疫系統調節等。同時,外泌體可促進組織的修復,幫助傷口癒合與恢復肌膚彈性,如今已成為醫美保養品的熱門成分,未來發展潛力無限。

外泌體的來源主要可分為4大類:

  1. 人類外泌體:來自人類各類細胞,廣泛應用於疾病診斷、免疫治療和藥物傳遞等領域。
  2. 動物外泌體:來自各類動物細胞,並在疾病研究、藥物傳遞、再生醫學等方面具有應用潛力。
  3. 植物外泌體:來自植物細胞,涉及植物生長發育、抗逆性、微生物互作等過程,並在農業科學和植物生物技術中具有重要應用。
  4. 人為加工:通過技術手段對外泌體進行修飾或改造,以賦予其特定的功能或增強其在特定應用領域中的效果。

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臍帶來源的外泌體

臍帶是胎兒與母體之間的重要連接,含有豐富的細胞和血液成分,因此也是外泌體的來源之一。臍帶來源的外泌體主要來自臍帶血臍帶間充質幹細胞(Wharton's jelly MSCs)等。

  • 臍帶血:臍帶血是胎兒的血液,包含各種免疫細胞、血細胞和幹細胞。臍帶血中分泌的外泌體能夠參與免疫反應、細胞間的信號傳遞及抗炎等過程。臍帶血外泌體在再生醫學、免疫治療、腫瘤診斷等方面具有潛力。
  • 臍帶間質幹細胞(Wharton's jelly MSCs):這些來自臍帶結締組織的幹細胞分泌的外泌體具有免疫調節、抗炎、促進組織修復等作用,對於組織工程和再生醫學等領域具有很大應用潛力。

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血液來源的外泌體

血液中含有來自多種類型的細胞,包括紅細胞、白細胞、血小板等,因此血液是外泌體的一個重要來源。血液外泌體在免疫調節、疾病診斷和藥物傳遞等方面有廣泛的應用。

  • 疾病診斷:血液外泌體包含的miRNA和蛋白質可以作為癌症、心血管疾病等的生物標誌物。
  • 藥物傳遞:血液外泌體作為天然的藥物載體,能夠有效靶向特定細胞,提升治療效果。
  • 免疫治療:血液來源的外泌體可用於調節免疫反應,治療自體免疫疾病、過敏等。

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骨髓來源的外泌體

骨髓是造血幹細胞的主要來源,也含有間質幹細胞(MSC)。這些細胞分泌的外泌體對於免疫調節、組織修復和抗炎等有重要作用。骨髓外泌體對於骨骼、神經、心臟等組織的修復有積極作用,尤其在骨折治療和神經再生中有應用潛力。同時,骨髓外泌體可用於免疫調節,治療自體免疫疾病、器官移植等。

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羊水來源的外泌體

羊水是包裹胎兒的液體,含有豐富的胎兒和母體細胞,這些細胞分泌的外泌體在胎兒發育過程中起到重要的生理作用。羊水外泌體中含有多種有助於細胞增殖、分化和修復的生長因子,如表皮生長因子(EGF)、血管內皮生長因子(VEGF)、轉化生長因子β(TGF-β)等,這些因子對受損組織的修復和再生具有積極作用。

外泌體與幹細胞的差異性

品項 幹細胞 外泌體
生產 細胞生成培養中,大小不一,品質不一定
可透過生產管控將品質統一
品管需冷凍保存,使用前須復甦培養
製劑保存,可當場使用
運送運輸過程需小心謹慎,避免受到溫度等影響
運輸過程不容易受影響,品質穩定
特色
組織細胞修復生長因子
調節細胞生長、傳遞訊息,可作為預先診斷及預防開發

手術方式
需透過手術開刀植入
透過針劑等微侵入或非侵入式注射及導入
治療風險可能產生排斥
生物相容性高
治療價格
成本高
較親民

由於外泌體擁有獨特的生物學功能,因此在多個領域中得到了廣泛應用:

1. 骨骼與軟組織修復-外泌體能夠促進骨骼和軟組織的修復,因此被應用於骨折愈合、軟骨修復等領域,尤其是針對退化性關節炎及運動傷害,在體力組織恢復上都有不錯的效果。

2. 醫學美容與生髮-針對老化的肌膚組織,刺激膠原蛋白和彈力蛋白的合成,協助毛囊的增長和分化。外泌體在美容護膚上有相當多顯著的特點包括:

一、分泌膠原蛋白,彈性纖維蛋白和基質成分。

二、促進細胞生長所需的血管生成。

三、抑制過度炎症反應。

四、抑制疤痕形成。

五、促進毛曩母細胞增殖。

六、內部的mRNA或生長因子受膜包覆,有更好的保 護,且更容易遞送到目標細胞。

醫美修復和傷口癒合應用-皮膚傷口癒合是恢復受傷皮膚的複雜過程,包括四個階段:

         I. 穩態階段(homeostasis phase)

    II. 炎症階段(inflammatory phase)

    III. 增殖階段(proliferative phase)

    IV. 重塑階段(remodeling phase)

生髮應用-外泌體包裹攜帶多種生長因子和Wnt啟動劑:

一、 促進毛囊細胞生長與活化。

二、 不影響雄性激素功能。

三、 恢復或補充毛囊幹細胞活化

3. 神經退化-外泌體中的某些分子(如Aβ蛋白、tau蛋白等)可以作為阿茲海默症、帕金森病等神經退化性疾病的潛在生物標誌物。

4. 慢性傷口、燒燙傷修復-外泌體可促進組織生長和修復慢性傷口、幫助嚴重燒燙傷修復,達到良好的治療效果。

5. 疾病診斷-外泌體中的 『miRNA』 和『蛋白質』等因子,因其帶有特定生物標記,可運用在疾病的早期診斷和疾病監測。 

6. 藥物載體-外泌體具有良好的生物相容性、穩定性及透過生物屏障(如血腦屏障)的能力,因此被認為是一種理想的藥物傳遞載體。 

7. 免疫治療-外泌體可以調節免疫細胞的激活和抑制作用,應用於自體免疫疾病、過敏反應等的治療。

8. 幹細胞療法-外泌體被認為是幹細胞的一個重要的生物活性因子,能夠促進細胞增殖、分化及修復,因此在組織工程和再生醫學中得到了廣泛的研究。