以阿霉素为模型药物利用nFCM在单颗粒水平对六种药物装载策略对比

图1. nFCM评估EVs药物装载策略

图2. EVs的鉴定和表征

载药策略对比
由于Dox具有自发荧光特性，与未装载Dox的EVs相比，装载了Dox的EVs表现出明显的橙色荧光信号，阳性颗粒的比例可达46.3%；在共孵育方法中，随着Dox浓度的增加，阳性EVs的比例持续上升，当Dox浓度为100 μM时，EVs的阳性率达到最高，接近50%（图3）；

以优化后的Dox浓度(100 μM)为参考，评估对比了共孵育、电穿孔、挤出法、反复冻融、超声和表面活性剂处理这六种方法对EVs载药效率、颗粒浓度、药物装载量等影响。结果显示共孵育和电穿孔法具有最高的装载效率，均为40%以上，而其他几种药物装载策略阳性率在20%-30%之间（图3）。总的来说，考虑到药物包封率、颗粒浓度、药物装载量等因素，共孵育和电穿孔是这几种方法中最理想的EVs药物装载策略。
 

图3. 不同药物装载策略的载药效率、药物装载量对比

生物功能分析
EVs表面蛋白是其功能形式的重要参与者，对EVs的免疫逃逸和靶向具有重要作用，作者进一步研究了不同药物装载策略对EVs表面蛋白的影响。结果发现，共孵育和电穿孔方法处理后EVs的表面蛋白(CD24、CD47、CD63)表达比例相对更高，说明这两种方法能够最大限度地保持了EVs的生物活性，而挤出法、反复冻融、超声和表面活性剂处理都会不同程度地破坏EVs的表面蛋白（图4）。
 

图4. 不同载药策略对EVs表面蛋白的影响

作者进一步评估了不同策略所得载药EVs中药物稳定性和活性（图5）。结果显示在4℃和-80℃条件下保存，随着时间的延长，六种装载策略获得的EVs阳性率均出现下降，而共孵育方法获得的EVs在长期保存下还能保持较高的药物包裹效率（约40%）。综上，无论何种载药方式，都建议将装载Dox的EVs储存在4℃，且共孵育制备的Dox-EVs显示出最高的包封率和稳定性。
 

图5. 载药后EVs的稳定性研究

药物作用效果
作者还探究了不同药物装载策略所得Dox-EVs的药物活性和细胞摄取效率。共聚焦显微镜和流式细胞术的结果均证实电穿孔的方法获得的EVs具有更高的细胞摄取效率，同时更容易诱导细胞凋亡（图6）。该结果与nFCM测定的不同方法药物包封效率和药物包裹量相吻合，说明了Dox-EVs的治疗效果与细胞摄取率密切相关，并从本质上与Dox的包封率有关，揭示了利用nFCM对EVs进行单颗粒载药表征的准确性和重要价值。
 

图6. 不同载药策略的药物活性

总结
本研究利用nFCM在单EV水平对六种不同的载药策略进行了全面的评估。实验结果表明：

• 共孵育和电穿孔方法可以获得更高的装载效率，单个EVs中Dox含量也最高；

• 共孵育和电穿孔方法制备的EVs药物具有更高水平的细胞摄取和更显著的促进肿瘤细胞凋亡；

• 共孵育方法获得的EVs无论在4℃或-80℃长期保存条件下，均具有更好的稳定性；

nFCM作为一个高效的单颗粒表征平台，可应用于EVs研究的各个环节，包括分离纯化、质量控制、EVs载药方法评估和优化、稳定性监测等方面，加速推进EVs产业化的发展！

参考文献
Chen, C., Li, Y., Wang, Q. et al. Single-particle assessment of six different drug-loading strategies for incorporating doxorubicin into small extracellular vesicles. Anal Bioanal Chem 415, 1287–1298 (2023). https://doi.org/10.1007/s00216-022-04248-4