外泌体是指包含了复杂RNA和蛋白质的小膜泡(30-150nm),现今,其特指直径在40-100nm的盘状囊泡。1983年,外泌体首次于绵羊网织红细胞中被发现,1987年Johnstone将其命名为“exosome”。多种细胞在正常及病理状态下均可分泌外泌体。其主要来源于细胞内溶酶体微粒内陷形成的多囊泡体,经多囊泡体外膜与细胞膜融合后释放到胞外基质中。
外泌体是健康和疾病中细胞间近距离通讯的介质,影响细胞生物学的各个方面。所有培养的细胞类型均可分泌外泌体,且外泌体天然存在于体液中,包括血液、唾液、尿液、脑脊液和乳汁中。有关他们分泌和摄取及其组成、“运载物”和相应功能的精确分子机制刚刚开始研究。外泌体目前被视为特异性分泌的膜泡,参与细胞间通讯,对外泌体的研究兴趣日益增长,无论是研究其功能还是了解如何将其用于微创诊断的开发。
脑损伤与神经退化疾病就目前科学所知是不可逆的症状,而多数神经退化疾病与脑损伤会引起失智,在台湾估计已经有超过27万的失智人口。近日国卫院使用干细胞的「外泌体」,找到治疗相关疾病的新方法。研究人员指出,外泌体不具有细胞,不会有异体排斥的问题,可说是再生医疗的一大新希望。
近年来,因为高龄、慢性病的原因,脑损伤问题越来越严重。各种程度的碰撞、不正常的生活习惯、高血压、糖尿病、长期的压力及心理疾病等,都是造成脑损伤或退化的可能因素。
不过国卫院细胞与系统医学研究所李华容副研究员团队研究发现,若对大脑受损的小鼠注射干细胞的「外泌体」,观察到受损的神经细胞可以长出突触,神经细胞的数量可以恢复到原本的6成。也就是说,这项技术颠覆了以前「神经受损无法治来喔」的困境。
有生医界贾伯斯之称的维克森林再生医学研究所所长(the Wake Forest Institute for Regenerative Medicine) Dr. Anthony Atala对这项研究表示高度期许:「期待看到这项技术在治疗脑损伤和神经退化疾病的成功发展」。
外泌体 3 大优势,再生效果不输干细胞
什么是外泌体?阳明大学生化所博士张薏雯解释,在培养干细胞的过程中,科学家就在培养基中发现了许多的外泌体在其中,就像是小泡泡一样充满在其中。
过去以为是外泌体只是细胞代谢的废弃物,不过张薏雯表示,外泌体其实有3大好处。
分子小:外泌体的平均大小,大约是在 30 ~ 100nm,属于柰米等级,因为分子小,所以有容易被吸收的特性。 脂质双层:因具有脂质双层的构造,所以与其他细胞容易相容,可对身体带来一些再生修复的作用。 传递细胞间的讯息:外泌体存在的最大功能,就是传递细胞与细胞之间的传令者,举例来说,像是当皮肤细胞出现异常情形时,就会释出外泌体,去跟其他的细胞传达需要救援的讯息,让健康的细胞到有问题的地方进行再生修复的作业。 外泌体不是细胞,好保存、不怕「异体移植」
李华容表示,近年来虽然已经有很多研究指出,干细胞有希望能修复神经系统损伤,但是根据目前的《特管办法》,病人只能用自己的细胞治疗,而且治疗方式要透过手术,还要担心身体对植入的细胞有排斥的问题。
「不过外泌体不是细胞,所以就可以避免身体排斥细胞的风险。」李华容指出。而且,细胞不容易保存,外泌体在这方面更具有优势。
外泌体是对抗发炎利器,未来有望治疗多种「不治之症」
李华容表示,身体的过度发炎反应导致身体损害,不过「抗发炎」就是外泌体的专长。这个研究显示干细胞外泌体较间质干细胞更具有促进组织再生的能力,又能避免细胞植入手术的风险及副作用,对再生医疗带来新的突破。
此系列研究已分别于2019、2020年发表于国际再生医学权威期刊《STEM CELLS Translational Medicine》,并获得国外媒体专栏报导。
李华容表示,目前干细胞外泌体的研究范围虽然仅限于治疗神经相关疾病,但未来可望用于治疗退化性疾病、组织或器官损伤、细胞缺陷、神经退化性疾病、脑与脊髓创伤、中风、学习障碍、巴金森氏症、心肌梗塞、肌肉萎缩症等疾病。
细胞疗法是众所期待的明日新星,不过不少专家指出,细胞疗法未来的关键或许不在「细胞」!干细胞分泌的「外泌体」,应用空间有望更大。
美国罗格斯大学微生物暨分子遗传学黄效民博士分析,干细胞治疗疾病、修复身体机能,可以分为3个层面(3R),分别是Replace、Repair以及Regenerate。
Replace(干细胞替代原有细胞):干细胞可以分化成特定功能的细胞,可以取代受损部位已经死亡的细胞。 Repair(修护受伤但还没有死亡的细胞):伴随干细胞以及干细胞分泌的生长因子、细胞激素和「外泌体」,修护受损但是还没有死亡的细胞。 Regenerate(自体细胞再生):因为输入的干细胞数量有限,要利用外来的干细胞唤起受损部位的再生功能,促使自体长出细胞,才是治疗的根本目的。
其中,干细胞想要发挥Repair的效果,就需要外泌体的参与。
垃圾变黄金!外泌体具备3大优势
那么,外泌体究竟是什么?阳明大学生化所博士张薏雯解释,在培养干细胞的过程中,科学家就在培养基中发现了许多的外泌体在其中,就像是小泡泡一样充满在其中。 过去以为是外泌体只是细胞代谢的废弃物,不过张薏雯表示,外泌体其实有3大好处。
分子小:外泌体的平均大小,大约是在 30 ~ 100nm,属于柰米等级,因为分子小,所以有容易被吸收的特性。 脂质双层:因具有脂质双层的构造,所以与其他细胞容易相容,可对身体带来一些再生修复的作用。 传递细胞间的讯息:外泌体存在的最大功能,就是传递细胞与细胞之间的传令者,举例来说,像是当皮肤细胞出现异常情形时,就会释出外泌体,去跟其他的细胞传达需要救援的讯息,让健康的细胞到有问题的地方进行再生修复的作业。
「杜氏刀法」发明人杜元坤用外泌体协助神经重建
以「杜氏刀法」拯救瘫痪病人的义大医院院长杜元坤,近年来更是开始合并使用细胞疗法,帮助病人的神经细胞重建。
目前全球进行的动物实验中,都是将许旺细胞或间质干细胞注射到神经损伤处,杜元坤则先透过鼻腔干细胞取得的外泌体,协助身体内的细胞转化为对神经生长有利的环境,再将许旺细胞或间质干细胞加上纤维后做成条状,修补在神经受损部位上,或是做成膜状,包覆在神经受损部位外面,在动物实验方面,这种作法让断裂的神经可以再长过去,恢复部分功能。
「鸡汤理论」解释外泌体与干细胞关联
杜元坤解释,可以把外泌体想成鸡汤、鸡精,干细胞就是鸡肉。在经过适当的处理后,营养其实都到了鸡汤或是鸡精中,这就体现了外泌体的重要性。
他举例,近年也透过鼻腔干细胞培植出可促进神经细胞再生的细胞,因鼻腔干细胞的细胞型态与神经类似,筛选当中的外泌体(exosome)和微糖核甘酸(miRNA),大量培养后植入用以修补受损的神经细胞,合并其「脊椎神经绕道重建手术」施作,术后效果更大幅上升。
关键词:外泌体检测的优势