东大研究揭示细胞外囊泡表面电荷决定生物功能

发布时间:2026-05-16 16:03  点击:1次
东大研究揭示细胞外囊泡表面电荷决定生物功能

细胞外囊泡(Extracellular Vesicle,EV)作为细胞间信息传递的纳米级载体,近年来在医疗领域备受关注。然而,如何科学评价其质量、建立统一的规范标准,始终是行业面临的一大难题。近日,东京大学大学院工学系研究科特任副教授濑尾尚宏与教授一木隆范领衔的研究团队,在国际**期刊《美国化学学会纳米医学》(ACS Nano Medicine)上发表综述论文,系统阐明了EV表面电荷与膜脂质组成之间的内在关联,并首次提出将ζ电位(表面电荷)作为EV药品质量评价的新指标,为该领域的标准化进程提供了重要依据。

细胞外囊泡是细胞分泌的、由脂质双分子层包裹的纳米颗粒,能够携带蛋白质、RNA等生物分子,在细胞间通讯中发挥关键作用。其中,外泌体(exosome)因在癌症、神经系统疾病的诊断与治疗中展现出广阔前景,已成为国内外药物研发和质量规范制定的重点方向。然而,由于EV本身涵盖尺寸各异、来源不同的多种颗粒群,其物理化学特性与生物学功能之间的关系长期缺乏系统性梳理。

外泌体与细胞膜来源囊泡的电荷差异源于膜脂质不对称分布

本次研究的核心突破,在于从膜脂质不对称性角度揭示了不同类型EV表面电荷差异的根本原因。研究团队整合现有文献后发现:外泌体呈现相对较弱的负电荷,而细胞膜来源的EV(如微囊泡)则表现出较强的负电荷。这一差异的关键,在于磷脂酰丝氨酸(PS)——一种磷脂分子——在膜结构中的分布位置不同:PS保留在膜内侧时负电荷较弱,一旦暴露于膜外侧则负电荷显著增强。这种脂质的不对称分布,直接塑造了囊泡的表面电学性质,进而影响其体内行为与细胞摄取方式。

研究还进一步指出,EV的ζ电位并非一成不变的物性参数,而是会随细胞状态和囊泡种类的变化而动态变化。这意味着ζ电位不仅反映颗粒的分散稳定性,更能作为折射细胞生理状态和囊泡功能的"窗口",具有重要的诊断与监控价值。

ζ电位有望成为EV药品质量规范化的核心评价指标

当前,以人体细胞来源EV为基础的药物开发正处于加速推进阶段,但业界普遍面临质量均一性和功能重现性难以保障的挑战。现有质量评价体系尚不完善,缺乏公认的统一标准。本研究所揭示的"表面电荷与膜脂质组成的对应关系",为EV的分类、分离和质量评价提供了坚实的理论基础,有望在未来EV药品的规范化和标准化进程中发挥关键作用。

研究团队还特别指出,衰老细胞所分泌的EV具有较强的负电荷,这与衰老相关疾病的发生存在密切关联。通过开发靶向清除衰老EV的技术,有望为老龄健康管理开辟新路径。此外,通过精准调控EV的表面电荷和脂质结构,还可实现靶向性与体内药代动力学的优化,推动新一代纳米医疗技术的开发。

从基础研究到产业转化:质量标准建立仍是关键瓶颈

本项研究由日本科学技术振兴机构(JST)的CREST项目与COI-NEXT项目共同资助,充分体现了日本在推动基础科研向产业应用转化方面的持续投入。值得关注的是,濑尾尚宏副教授同时兼任川崎市产业振兴财团纳米医疗创新中心客员研究员,一木隆范教授则担任该中心研究总监,产学融合的研究架构为成果转化提供了制度保障。

对于正在积极布局外泌体药物研发的国内生物医药企业而言,这一研究成果具有直接的参考价值。目前,中国EV相关药物研发正处于快速起步阶段,质量评价体系的缺失是制约产业规模化的核心瓶颈之一。将ζ电位纳入质量控制体系、建立基于膜脂质组成的分类标准,不仅有助于提升产品的一致性与安全性,更可为与国际监管要求接轨奠定技术基础。把握这一基础研究向标准化转化的窗口期,或将成为国内企业在全球EV医药竞争格局中抢占先机的重要突破口。

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