德国研发出“耐储存”外泌体冻干缓冲液组合,加速外泌体疗法临床落地

近日,国际权威期刊《Journal of Drug Delivery Science and Technology》发表了一项由德国亥姆霍兹萨尔兰制药研究中心(HIPS)、亥姆霍兹感染研究中心(HZI)生物纳米治疗学团队与萨尔兰大学药学院合作完成的重要研究,题为《Storage stability of exosomes in different buffers with/without lyophilization》。该研究针对外泌体在临床转化过程中面临的储存稳定性难题,提出了系统性的解决方案,为外泌体作为药物载体的产业化应用扫除了关键障碍。

外泌体潜力巨大的“天然递送系统”与难以逾越的储存瓶颈

外泌体是由细胞分泌的纳米级囊泡结构,直径介于30至120纳米之间,作为细胞间通讯的关键介质,其内部承载着蛋白质、核酸等多种生物活性分子。得益于其优异的生物相容性、低免疫原性及天然靶向能力,外泌体被视为新一代药物递送平台的理想载体,在肿瘤治疗、神经退行性疾病、眼科疾病等多个领域展现出广阔前景。例如,在干眼症治疗中,外泌体已显示出显著疗效,但其在实际储存过程中极易失活,严重制约了临床推广。

目前,外泌体储存主要面临三大难题:一是在低温冷冻过程中易受冰晶损伤,导致囊膜破裂;二是在长期存放中易发生颗粒聚集、浓度骤减;三是其所携带的生物活性物质容易降解,影响疗效。即便采用-80℃深冻保存,外泌体仍会出现粒径增大、纯度下降等问题,六个月内的浓度损失可高达90%以上。因此,如何实现外泌体的稳定储存,成为推动其走向临床应用的技术关键。

探寻缓冲液与冻干工艺的协同效应

为解决上述问题,研究团队围绕两大核心因素展开深入探索:一是不同类型缓冲液对外泌体稳定性的影响,二是冻干处理在长期储存中的保护作用。实验选取了包括PBS、Tris-HCl在内的多种常用缓冲体系,并引入依克多因等天然保护成分,系统评估了外泌体在4℃、-20℃及-80℃等不同温度条件下的粒径变化、颗粒数量、结构完整性以及生物活性保留率。同时,通过对比冻干与非冻干样本在长期储存后的性能差异,全面分析了冻干技术对外泌体结构及功能维持的效果。

研究取得了以下三项突破性进展:

1.缓冲液组成决定储存稳定性实验结果表明,含有1.5%依克多因的缓冲液表现最佳,能够显著维持外泌体的结构完整性和生物活性。其β-半乳糖苷酶活性保留率较传统PBS体系提高40%,且荧光标记外泌体的能量转移效率更为稳定。相比之下,普通缓冲液中外泌体在4℃储存60天后,粒径增大30%,颗粒数下降超过50%,而依克多因组的变化幅度控制在10%以内。

2.冻干技术显著提升长期保存性能冻干处理通过去除水分、避免冰晶形成,有效保护了外泌体的结构和功能。经冻干处理的外泌体在-80℃条件下储存12个月后,颗粒浓度仅下降15%,而未冻干组损失超过80%。体外细胞实验进一步证实,冻干外泌体仍能有效保护人角膜上皮细胞免受高渗损伤,活性保留率高达85%以上。此外,冻干样品表现出优异的耐冻融性能,多次反复冻融后仍保持稳定。

3.建立标准化储存路径基于实验数据,研究团队确立了以含1.5%依克多因的Tris-HCl缓冲液结合冻干处理为核心的最优方案。该体系下,外泌体可在-80℃稳定储存超过12个月,4℃条件下亦可保持6个月的有效期,同时无需依赖复杂昂贵的冷链设备,大幅降低了临床储存与运输成本。

推动外泌体从实验室走向临床

该研究成果具有深远的产业化意义,将极大促进外泌体在多个医疗领域的应用:

治疗开发:为干眼症、肿瘤等疾病的外泌体疗法提供可靠的制剂基础,例如开发可长期储存的冻干型外泌体滴眼液;

诊断技术:提升外泌体作为生物标志物在疾病早期诊断中的样本稳定性与检测准确性;

药物递送系统:优化载药外泌体的储存与运输条件,推动靶向药物的规模化生产。

正如课题负责人Gregor Fuhrmann教授所指出的:“这项研究为外泌体的临床转化提供了关键的技术支持。标准化储存方案的建立,将降低行业应用门槛,加快生物纳米药物的发展进程。”

综上所述,该研究通过缓冲液优化与冻干技术的协同创新,首次构建了一套高效、稳定、低成本的外泌体储存系统,成功解决了制约该领域发展的核心瓶颈。这一技术体系不仅为外泌体基础研究提供了标准化工具,更为其在精准医疗与创新药物递送中的广泛应用奠定了坚实基础。随着外泌体储存技术的日益成熟,这一“天然纳米载体”有望引领下一代靶向治疗技术的革命性进步。