2023-2024外泌体行业发展白皮书

02 04 第二章外泌体的应用趋势：从“细胞垃圾”到“明日之 第三章外泌体产业化初具雏形，为商业化奠定 第四章外泌体企业盘点：国外群雄逐鹿，国内高速 20 37 39外泌体（exosome）是由细胞多囊泡体（MVB）与细胞膜融合后，释放到细胞外基质中的膜性囊泡，直径约为30-100nm。其天然存在于体液中，包括血液、唾液、尿液和母乳，被分泌出的外泌体会进入血液、唾液、尿液、及乳汁等体液中，通过循环系统到达其他细•2013年，细胞内部囊泡运输调控机制获“诺贝尔生理或医学奖”，推动外泌体的研究•发展至今，外泌体已经被广泛应用于诊外泌体具有脂质双层膜结构，携带来自不同组织和器官细胞的各种类型的大分子，主要包括蛋白质、核酸和脂类。外泌体中常见的蛋白质有括蛋白质、核酸和脂类。外泌体中常见的蛋白质有Rabs蛋白、膜联蛋白、四跨膜蛋白、热休克蛋白、多种的代谢类的酶等；核酸则包括microRNA、mRNA、lncRNA、tRNA等；当含有多种内容物的外泌体释放到细胞外后，在组织液中移动到邻近的在很长一段时间内，外泌体被认为是细胞排泄废物的一种方式，而随着研究的深入，发现几乎所有类型的细胞，都可以产生并释放外泌体。根据不同生物来源分类，外泌动物细胞外泌体、植物外泌体、微生物外泌体。哺乳动物中无论是“健康细胞”还是“病理细胞”均可以分泌外泌体。在循环外泌体中，有80-90%来自血小板、淋巴细胞、树突目前，可通过GMP大规模生产获得的动物细胞外泌体主要包括：牛奶外泌体、人心脏祖细胞外泌体、骨髓间充质干细胞外泌体、脂肪干细胞外泌体、树突状细胞外泌体、HEK293细胞外泌体等。为了在研究和临床中更加有效地利用外泌体，从生物样品中精确地将外泌体分离出来至关重要。目前分离外泌体主要有超速离心法、密度梯度离心法、超滤法、聚合物沉淀法、免（1）超速离心法：这是基于溶液中不同物质的沉降系数不同的原理，超速离心法得到的外泌体量多，是最为常用的分离方法之一，但这种方法得到的外泌体纯度不足，整个过程外泌体量多，是最为常用的分离方法之一，但这种方法得到的外泌体纯度不足，整个过程（2）密度梯度离心法：通过密度不同的原理可以将外泌体与其他杂质分开，提取的外泌（3）超滤法：通过截留不同相对分子质量的超滤膜进行选择性分离，分子小的物质会被过滤到膜的另一侧，该方法便于操作，但外泌体可能会阻塞过滤孔而降低分离效率，不适（4）聚合物沉淀法：高度亲水的聚合物与外泌体周围的水分子相互作用，形成疏水性微环境，从而导致外泌体沉淀。这种方法分离的外泌体纯度不高，回收率较低，可能会产生（5）免疫亲和法：用包被抗标记物抗体的磁珠与外泌体囊泡孵育后结合可将外泌体吸附并分离出来，该方法可以获得不同的外泌体亚型，特异性高且操作简便，但其产量较低外泌体生物活性易受pH和盐浓度影响。（6）分子排阻色谱法：是利用分子尺寸大小来分离外泌体的色谱分离技术，通过外泌体和其他蛋白质等颗粒大小的不同来分离出高纯度的外泌体。但是该方法耗时较长，不适合（7）微流控技术：这是一种新兴的是基于微小流体的技术，具有分离速度快、纯度高、（8）试剂盒法：市场上已出现各种商业化的外泌体提取试剂盒，无需特殊设备，提取效率和纯化效果较高，操作便捷，不过不同商家的产品纯化效果良莠不齐，不适用于大批量尽管方法众多，但尚没有一种方法能够解决包括批次间差异、产量低、纯度低在内的所有实验来评估外泌体样品的纯度和完整性。目前外泌体的鉴定主要包括电镜成像、粒径检测第一章电镜成像：通过透射电子显微镜（TEN）或扫描电子显微镜（SEM）可以直观地观第二章粒径检测：通过光学原理感知粒子的存在，可以从整体上对外泌体数量和直径的群体特征进行检测，但不能确认外泌体的真实存在和外泌体的完整性，不适用于复杂迄今为止，纯化的“天然”外泌体已在人体中显示出良好的安全性，但有时在缺乏足够的功效。首先，这是因为天然外泌体携带的作用性物质完全来源于分泌细胞；其次，外泌体在全身渗透的过程也并非无懈可击，进入体循环后，外泌体必须避开免疫细胞以及肝、肺、肾等排泄器官。同时它们的组织靶向效率也取决于功能化程度以及与靶细胞的相互作用强度。因此，科学家们正在设计工程化外泌体，以包含多种药物“货物”并特确定负载分子的包装方式是指寻找将药物转入天然外泌体内部的方法，以保证药物的有效先将外泌体分离纯化，然后将现有药物（如siRNA和小分子）通过主动或者被动结合方式直接加载到外泌体中。其中被动结合主要通过浓度梯度差将药物扩散到外泌体内，操作相使药物更容易进入外泌体的内部。在药物扩散后，外泌体的膜重新恢复，具体方法包括：这种方式是让生产外泌体的细胞也生产所需的药物，通过药物与大量表达的外泌体蛋白或目前在技术上已经有了许多更新的先进疗法，例如RNA干扰、mRNA、AAV基因疗法和基因编辑平台，药物的设计不再是主要的限制因素，而是无法将它们递送到正确的细胞或外泌体可以利用其来自不同细胞来源的归巢效应来靶向特定器官。然而，来自常用临床级细胞系（如HEK293）的外泌体可能无法归巢于所需的靶器官。为了解决这个问题，可以通过将靶向部分工程化改造到囊泡上来，以改变外泌体的生物分布。通常会利用外泌体信LAMP-2B即是一种常用于展示靶向基序的外泌体表面蛋白，它是溶酶体相关膜蛋白(LAMP)家族的成员，在细胞内主要定位于溶酶体和内涵体，在外泌体表面也有大量表达。通过将靶分子和LAMP-2B进行融合，可将靶分子展示到外泌体膜表面。例如，表达与LAMP-2B融合的αγ整合素特异性iRGD肽(CRGDKGPDC)的外泌体能够将KRASsiRNA特异性递送至携带αvβ3的非小细胞肺癌的A549肿瘤，从而导致KRAS基因的敲低和肿瘤生长抑制。另一种LAMP-2B-RVG(RVG为一个神经特异性靶向肽则可以通过同样的原理将外泌体导向到神经系统。除了LAMP-2B外，外泌体表面还有CD63、CD9、CD81、GPI、PDGFRs等结构提供丰富的想象空间。人们在改造外泌体的途径中另辟蹊径，希望创造一种人工合成的外泌体可以模仿自然外泌带领的一支研究团队，根据对天然外泌体的详细分析，成功人工合成了外泌体，并且在试验中证实人工合成的外泌体能够调节和帮助伤口愈合以及有助于新血管形成。这是研究人在这项研究中，研究人员从脂质微滴起步，加入在天然外泌体中存在的微RNA（miRNA以及在外泌体表面存在的蛋白，构建了模拟天然外泌体的人工合成细胞外囊泡天然外泌体相比，这一从头合成的技术让研究人员能够对外泌体的功能进行微调，从工程化外泌体表现出使其作为治疗药物载体的极具吸引力的关键特性，特别是它们能够靶向递送多种治疗性有效载荷的能力、良性安全性以及低免疫原性的潜力。然而针对外泌体特定应用的最佳分离方法、细胞外囊泡制剂的异质性以及合适方法和设备的可用性还需要基于外泌体的特性，其在医疗领域有着非常广阔的应用前景，主要可以用于疾病诊断、疾外泌体广泛存在于生物体液中，并携带多种包含生物信息的物质，使得其在疾病诊断上具有天然的优势，特别是在更高的诊断灵敏度和准确性方面。外泌体作为疾病诊断方式有着首先，在疾病发展过程中外泌体的含量以及存在于其中的核酸、蛋白质、脂类等物质会发另外，与许多传统的血清生物标志物不同，外泌体可以通过血脑屏障，提供难以获取的脑性疾病和代谢疾病等。迄今为止，已经报道了多种用于诊断的标志物，如GPC1（多糖磷脂酰肌醇聚糖-1）可以作为早期或晚期胰腺癌诊断的标志物；miR-125a-直肠癌的诊断标志；miRNA作为卵巢癌、骨髓瘤、早期结直肠癌等的诊断标志物等。国内企业中，汇芯生物聚焦尿液外泌体检测领域，开发查产品，拥有前列腺癌、膀胱癌、肾癌以及泛癌种的检测试剂盒；亿航生物持续深耕外泌体诊断和再生医学领域，重点在肿瘤的早期诊断、动态监测摄取、修饰外泌体等手段可以有效促进疾病的治疗。同时，外泌体还具有低致瘤性和低免目前，外泌体在疾病治疗的应用主要集中在肿瘤。RONG等人研究发现，肿瘤细胞外泌体中的体中的TGF-β可以抑制T细胞的增殖从而促使肿瘤细胞发生免疫逃逸，而抑制外泌体TGF-β的表达后可增强T细胞活性而达到抑制肿瘤转移的效果。另外，还有研究发现，外泌体可以通过激活线粒体依赖的凋亡通路来促进肿瘤细胞凋亡。所以，外泌体在肿瘤治此外，外泌体还被广泛应用于治疗皮肤疾病、糖尿病、脏器损失修复、心血管疾病、神经系统疾病等领域。中科睿极与温州医科大学附属眼视光医院合作开展的临床研究项目“间充质干细胞外泌体治疗原发性干燥综合征相关性干眼的安全性及有效性研究”已经获得国家卫生健康委员会备案，是国内首个采用三维规模化技术制备外泌体进行干眼症治疗的临床研究。茵冠生物与广州呼吸健康研究院签订科研合作协议，将共同开展间充质干细胞来源的外泌体治疗呼吸疾病的IIT研究。南医学院第一附属医院呼吸与危重症医学科和血液内科，以及清华大学医学院常智杰教授团队在国内首次联合开展了间充质干细胞外泌体雾外泌体毒性小、免疫原性低、能穿透到机体深处，自诞生就是一位“超级快递员”。目前外泌体已被证明能够自然运输各种细胞代谢货物，例如蛋白类、核酸、小分子、基因治疗药物等。国内布局外泌体递送领域的企业数量较多，如唯思尔康在2023年宣布已经成功实现了外泌体递送小核酸的概念验证并发表了文章；亦诺其管线涉及了多个非肿瘤疾病；呈诺医学已经构建完成外泌体合成工程细胞株，建立了细易变性失活、生物膜渗透性差给其体内递送带来了许多难题。外泌体可通过基因编辑技术研究人员已经将外泌体递送蛋白类药物应用于多种疾病，且取得了诸多进展，但也面exoSTING™用于治疗肿瘤，两款产品使用PTGFRN和BASP1作为支架蛋白，将靶向配体或治疗分子安装到外泌体的表面PTGFRN蛋白上或腔内BASP1蛋白上，达到运输至靶组织靶细胞和治疗疾病的作用。两款产品均进入了临床研发阶段，但都以失败而告终，其他以外泌体为载体递送核酸是当下外泌体递送应用较多的领域之一，递送的核酸种类包括miRNA、siRNA、长非编码RNA、circRNA等，进展最快的产品已经进入临床。ExoASO-该产品被设计为能够选择性地递送反义寡核苷酸以破坏肿瘤相关巨噬细胞（TAM）中的STAT6信号传导，并诱导抗肿瘤免疫反应。将mRNA及蛋白质递送至肺部具有天然优势，并在肺组织中具有更好的滞留率，提高了mRNA及蛋白质药物在肺组织中的生物利用度。国内研究人员利用外泌体递送mRNA以制备CAR-T疗法。研究人员利用噬菌体外壳蛋白MS2将特定的mRNA装载到外泌体中，并证明了被包裹的mRNA分子在受体细胞中能够被翻译成功能蛋白。通过与溶酶体相关膜蛋白2亚型B（LAMP-2B）的N-末端融合，再将MS2结合位点插入到CAR基因的30UTR以得到能够直接用于T细胞活化以及CAR-T结合到T细胞膜上，并观察到利用外泌体递送mRNA所构建的CAR-T具有良好的杀伤功目前的基因疗法大多使用腺相关病毒（AAV）作为递送基因疗法的载体，但该种递送载体存在一定局限性。首先，很多人因为曾经受到过AAV的感染，体内存在高水平的AAV部分载体存在安全性问题。而外泌体本身没有免疫原性，因此作为基因疗法的靶向递送系设计和开发工程化外泌体治疗药物，递送治疗神经肌肉疾病的基因疗法。2023年8月，EvoxTherapeutics宣布与纽约市伊坎医学院达成合作，致力于开发外泌体包裹的AAV（exoAAV）载体，改善心脏病的治疗效果。效性和安全性。已经有研究团队将外泌体用于装载紫杉醇、紫草素、阿霉素、青蒿琥酯等肺、凝血、神经、皮肤等器官组织损伤的修复过程，并在其中起到了关键作用，可以促进皮肤创伤愈合，减少瘢痕形成。同时，外泌体可以通过其独特的lncRNA、miRNA等发挥抗衰老作用，从组织中去除掉衰老的细胞有利于促进修复和再生并维持组织稳态，临床研究表明，MSC来源的外泌体将是达到这一目的的有效方法。））包含微小RNA、非编码RNA和蛋白的外泌体，拟用于治疗杜氏肌营养不良症（DMD），症为中度至重度急性呼吸窘迫综合征（ARDS）。同时，这一候选产品针对肛周瘘型克罗恩病和难治性溃疡性结肠炎适应症的临床研究正在进行中。另望提交BLA，如RION已经启动了PEPTM的2a期临床研究，这可能为关键研究铺平道路，随后提交BLA。在进入临床研究的候选产品中，可以看到类型是比较丰富的，其中间充质干细胞衍生的外泌体和血小板外泌体比较常见；从适应症角度来看，外泌体的适应症比较多样化，神经疾病领域、再生领域、罕见病领域、传染疾病领域等均有覆盖，值得一提的是，外泌体也常被用在肿瘤治疗领域作为一种递送载体。而在这份表单上，有4款候选产品是及其引发的疾病，这应该也跟新冠时期开发针对性药物的火热程度有关，这些企业一方面整体来看，未经修饰的天然外泌体进展快于工程化外泌体，且进入临床阶段的候选产品也比较多，工程化外泌体在技术难度上更大，进展总体产业链上游主要是外泌体原材料、设备、CRO和CDMO服务供应商；中游为外泌体治疗国内外泌体行业的原材料、仪器、耗材等仍以进口泌体CRO/CDMO处不再一一举例，详细可见4.2章节）。产业链中游为利用上游供应商提供的材料进行外泌体相关的新药研发、诊断产品开发、美容产品研发及进行生产和销售的企业或机构。其中，从事外泌体相关产品开发的企业已经有超过50家。产业链下游则主要是医疗机构、尽管上中下游已经有入局玩家，且数量呈现上升趋势，但外泌体作为一种新型平台，在发从机遇来看，外泌体是肿瘤液体活检中的黑马，也是极具潜力的新一代载药制剂，是目前疾病诊断与载药技术手段的极大补充，想象空间巨大；其生物学效应（PubMed上外泌体基础研究数量，图源：参考资料7）外泌体的产业化整体处于萌芽阶段，疾病诊断领域已有少部分产品上市，但载药治疗领域仍处于研发早期，尚无产品上市。行业尚未形成明确的竞争格局，对于新进入局者仍存在较大的机会。同时，新兴的生物技术公司与大型跨国药企产业化合作的态势逐渐明朗，外在这些机遇的背后，外泌体产业化也面临着巨大的挑战，其中所面临最大的挑战是临床转第一，外泌体具有异质性，分离纯化技术尚未取得突破性进展，难以进行规模化生产。想要解决获取外泌体数量的技术痛点，就要想办法突破优化纯化方式、增加外泌体的均质性和有效的外泌体摄取策略等。目前只有少量企业能够实现高通量、自动化、纯度高、成本第二，外泌体研发起步晚，临床应用尚处在早期阶段，机制研究还不够成熟。自主研发有高疾病特异性的外泌体生物标记物、建立外泌体载药平台，筛选有效的外泌体药物是外泌第三，天然外泌体药代动力学检测困难。天然外泌体属于细胞分泌的天然物质，因此现有技术手段难以将天然外泌体药物与体内外泌体区分，或用特异性标记物标记进第四，针对外泌体药物生产、临床和质量控制的相关标准不完善，缺乏权威药物指导，在行业突破技术障碍后步入临床阶段时，必然会遭遇与监管部门沟通成本的增加以及IND鉴于当下外泌体行业的发展状况，不同调研机构给出的具体市场预测并不相同，但共通的预计到2030年将以32.75%的复合年增长率（CAGR）扩张。有将近30%的下游应用领域进行研究的报告称，预计2028年市场规模将达到7.76亿美元，CAGR达到27.89%。全球不过Codiak已经于2023年3月宣布自愿申请破产保护。EVOX致力于通过工程化改造天其开发了专有技术平台DeliverEX，能够通过外泌体精确将载荷递送到靶器官中，可能解决基于蛋白质、抗体和核酸的疗法的一些局限性。目前，EVOX已经开发了一系列在研管2023年6月，EVOX完成了对Codiak的engEx-AAV™技术平台的收购，巩固了EVOX在8月4日，与纽约西奈山伊坎医学院达成研究合作和选择协议，合作开发外泌体封装的AAV（exoAAV）载体，作为一种新型基因传递技术，向心肌细胞安白研究成果。EVOX率先在外泌体中使用天然高表达的蛋白质作为支架，将基因药物附着和加载到外泌体中，可能显着增加外泌体对AAV和基因组编辑酶等的药物负荷。这为外泌体工程提供了新平台，进一步证明了EVOX专有的外泌体工程平台的潜在优势。此外，EVOX积极披露新数据，DeliverEx™平台能够实现高效的药物负载，比其他已发布的平台至少高10倍，并有效地为各种组织提供各种治疗有效载荷，例如生物制剂、小RNA、基因治疗和基因编辑构建体。这些特性对于高效、可重复和具有成本效益的制造非其基