Клетки используют разные механизмы для общения друг с другом, начиная с межклеточного контакта благодаря клеточным соединениям; за счет высвобождения факторов роста, белков, сигнальных молекул и гормонов, чтобы достичь даже самых отдаленных клеток.
Другой особый механизм коммуникации — это тот, который происходит на уровне нейронов, которые общаются благодаря нервной передаче. Эта особая связь между нервными клетками позволяет распространять информацию посредством электрохимических сигналов.
В 1980-х годах было обнаружено, что клетки также имеют в своем распоряжении особые внеклеточные частицы — экзосомы, содержащие множество молекул, вырабатываемых клетками: белки, ДНК и различные типы РНК. Это очень маленькие везикулы, которые несут гораздо больше информации, чем отдельные сигнальные молекулы, и выделяются разными типами клеток как в физиологических, так и в патологических условиях.
Экзосомы представляют собой сфероидальные или овоидные структуры диаметром 50–150 нанометров. Они образуются внутри клетки и действуют как средство транспортировки белков, липидов и нуклеиновых кислот из одной клетки в другую. То есть, для передачи сообщений в другие ячейки. Они окружены мембраной с фосфолипидным бислоем, в который вставлены поверхностные белки.
Они образуются из мультивезикулярных телец, которые происходят из аппарата Гольджи и, в свою очередь, сливаются с плазматической мембраной, из которой будут изгнаны экзосомы. Они проходят через жидкости организма, фактически присутствуя в крови, моче и слюне, грудном молоке, околоплодных водах, сперме и спинномозговой жидкости.
Изучайте тонкости антивозрастной медицины из любой точки мира. Для удобства врачей мы создали обучающую онлайн-платформу Anti-Age Expert: Здесь последовательно выкладываются лекции наших образовательных программ, к которым открыт доступ 24/7. Врачи могут изучать материалы необходимое количество раз, задавать вопросы и обсуждать интересные клинические случаи с коллегами в специальных чатах
Узнать подробнееЭкзосомы представляют собой один из классов так называемых внеклеточных везикул. Их обычно подразделяют на три группы в зависимости от их размера и биогенеза:
Экзосомы (30–200 нм) эндоцитарного происхождения.
Микровезикулы (МВ) (100–1000 нм), образующиеся в результате отпочкования от плазматической мембраны.
Апоптотические тельца (>1000 нм) [5, 21–24], высвобождаемые клетками, подвергающимися апоптозу.
Экзосомы характеризуются двухслойной мембраной сфероидальной формы, состоящей из следующих составляющих:
Липидный компонент (сфингомиелин, холестерин и церамиды), способный влиять на их транспорт, структуру, высвобождение и передачу сигналов.
Мембранные белки (которые также придают классовую специфичность), такие как члены семейства тетраспанинов (CD9, CD63, CD81);
Эндосомальный сортировочный комплекс, необходимый для транспорта (ESCRT), аликс и флотелин, актин, интегрины, MHCI, MHCII и т. д.
Экзосомы характеризуются наличием белков и комплексов нуклеиновых кислот, таких как ДНК, мРНК и микроРНК. В частности, последние представляют собой преобладающий элемент в составе экзосом и именно по этой причине эти небольшие структуры привлекли внимание научного сообщества.
МикроРНК представляют собой небольшие некодирующие последовательности РНК (18–22 нуклеотида), которые играют очень важную роль в гомеостазе, регуляции экспрессии генов, межклеточной коммуникации, а также при патологических состояниях, таких как воспалительные процессы и туберкулез.
Изучение этих небольших последовательностей позволило идентифицировать экзосомы уже не как клеточные отходы, а как настоящие носители информации, способные упаковывать сообщение, состоящее из функциональных белков, метаболитов или микроРНК, передаваемое от клетки-донора к реципиенту. В ходе научных исследований стало известно, что на самом деле не только наши клетки способны отправлять эти сообщения, но и патогены (вирусы, паразиты, бактерии).
Эти микровезикулы сейчас находятся в центре многочисленных научных исследований, направленных на понимание динамики новых межклеточных и клеточно-патогенных связей. В частности, они вызвали значительный интерес к клиническому применению в качестве диагностических биомаркеров или инновационных методов лечения.
Внутри клеток человека и других организмов существует эндосомальная система, состоящая из специализированных отсеков, называемых поздними эндосомами. Последние, в свою очередь, состоят из внутрипросветных пузырьков.
В результате инвагинации в процессе эндоцитоза части плазматической мембраны создается ранняя эндосома, которая впоследствии имеет тенденцию созревать в позднюю эндосому. Для последних будут характерны ILV, содержащие белки, липиды, нуклеиновые кислоты, происходящие, в свою очередь, из цитозоля и аппарата Гольджи.
Достигнув созревания, эти мультивезикулярные тельца (MVB) через сеть микротрубочек и цитоскелет притягиваются к клеточной мембране, где путем экзоцитоза сливаются с ней, высвобождая ILV, которые становятся экзосомами.
Экзосомы могут высвобождаться локально и системно различными типами клеток, такими как дендритные, макрофаги, эпителиальные, мезенхимальные и опухолевые клетки. Присутствие этих везикул было обнаружено в различных жидкостях организма, таких как кровь, сыворотка, моча, слюна, а также в грудном молоке.
После высвобождения во внеклеточный матрикс трансмембранные лиганды на поверхности экзосомы могут напрямую взаимодействовать с поверхностными рецепторами клетки-реципиента, запуская нижестоящий сигнальный каскад для ее активации. В этот момент экзосома может сливаться с клеточной мембраной, и ее содержимое высвобождается внутри клетки, выполняя различные функции.
Экзосомы важны для поддержания нормальной физиологии нашего тела. Приведем несколько примеров:
Стимуляция регенерации тканей
Они участвуют в поддержании стволовых клеток и восстановлении тканей. Недавние исследования показали, как экзосомы, высвобождаемые стволовыми клетками, действуют на клетки тканей, вызывая регенерацию после инсульта. Кроме того, клетки печени способны выделять экзосомы, способствующие регенерации гепатоцитов. Также было продемонстрировано, что после повреждения паренхимы эпителиальные клетки увеличивают высвобождение экзосом, содержащих большую концентрацию TGF-B (трансформирующий фактор роста бета), таким образом, чтобы стимулировать фибробласты к регенерации поврежденной ткани.
Иммуномодулирующая активность
Экзосомы обладают большой иммуномодулирующей активностью. Было продемонстрировано, что они являются мощным средством поддержания связи между дендритными клетками и Т-лимфоцитами, а также способствуют пролиферации и выживанию гемопоэтических клеток и активации NK-клеток.
Противовоспалительная способность
Эти внеклеточные микровезикулы характеризуются мощными противовоспалительными свойствами. Воспаление — важный процесс поддержания гомеостаза клеточных систем, но он всегда должен быть сбалансированным. Когда баланс нарушается, системное и хроническое воспаление представляет собой существенный компонент патогенеза различных заболеваний.
Экзосомы, по-видимому, играют решающую роль в воспалительных процессах и в их регуляции посредством таких молекул, как белки и особенно микроРНК, способных влиять на экспрессию генов клеток-мишеней.
Научные исследования показывают, как экзосомы, содержащие микроРНК миР-181c, способны подавлять экспрессию Toll-подобного рецептора 4 (TLR-4), впоследствии снижая уровни TNF-α и IL-1β при воспалении, вызванном ожогом.
Экзосомы, содержащие миР-150-5p и миР-142-3p , высвобождаемые из дендритных клеток (ДК), повышают экспрессию интерлейкина 10 (IL-10) и имеют тенденцию снижать экспрессию IL-6. Более того, когда они обогащены миР-138, они защищают от воспаления за счет снижения экспрессии NF-κB, транскрипционного фактора, способного, в свою очередь, регулировать экспрессию воспалительных цитокинов, таких как TNF-α и IL-1.
Экзосомы и вирусы
Экзосомы, секретируемые из инфицированных вирусом клеток, в основном несут молекулы-грузы, такие как вирусные белки, геномная РНК, мРНК, микроРНК и регуляторные элементы генов. Эти молекулы участвуют в изменении поведения клеток-реципиентов, в регуляции клеточных ответов, в иммуномодуляции, облегчении заражения различными типами вирусов.
Например, экзосомы, полученные от пациентов с ВИЧ, способствуют проникновению вируса в моноцитарные и Т-клеточные линии человека через экзосомальные белки тетраспанин CD9 и CD81. Кроме того, в сыворотке мышей, инфицированных вирусом гриппа, обнаруживаются значительные уровни миР-483-3p, что увеличивает экспрессию генов провоспалительных цитокинов и патогенез инфекции вирусом гриппа H5N1 в эндотелии сосудов, ухудшая клиническую картину.
Экзосомы и паразиты
Научные исследования, проведенные на различных типах паразитов, подтвердили, что эти организмы также способны производить внеклеточные пузырьки с поистине удивительной активностью. Например, у некоторых нематод, таких как T. muris, было продемонстрировано, что экзосомы обладают высокой иммуномодулирующей активностью, способной подавлять иммунный ответ хозяина, что благоприятствует выживанию паразита внутри него.
Экзосомы и бактерии
Судя по всему, эти маленькие существа также способны общаться посредством внеклеточных пузырьков. Более того, во многих случаях кажется, что экзосомы могут служить носителями, способными усиливать патогенетические механизмы самой бактерии. Например, исследование, проведенное на M.tuberculosis , показало, как инфицированные макрофаги способны высвобождать экзосомы, содержащие высокоиммуногенные бактериальные антигены, способные активировать макрофаги, дендритные клетки и Т-лимфоциты. Данное свидетельство ставит эти микровезикулы в центр патогенеза туберкулеза, предлагая новое видение их использования для инновационных препаратов вакцин.
Экзосомы и рак
Экзосомы, высвобождаемые из опухолевых клеток, влияют на местное микроокружение опухоли и играют решающую роль в зарождении, росте, прогрессировании и метастазировании опухоли посредством переноса онкогенных белков и нуклеиновых кислот.
После высвобождения эти микровезикулы перемещаются в отдаленные области, способствуя образованию преметастатической ниши, ангиогенезу и индуцируя дифференцировку эндотелиальных и стромальных клеток. Все это благоприятствует формированию проопухолевой среды и в то же время оказывает иммунодепрессивное воздействие.
За счет индукции апоптоза в цитотоксических Т-клетках происходит нарушение пролиферации NK-клеток и сдвиг дифференцировки Т-хелперов в сторону Т-регуляторного фенотипа.
Экзосомы опухолевого происхождения также ответственны за рекрутирование и активацию опухолеассоциированных макрофагов. Они поддерживают различные фенотипы внутри первичной опухоли, включая рост, ангиогенез и инвазию, путем секреции нескольких проопухорогенных протеаз, цитокинов и факторов роста.
Учитывая их довольно широкое присутствие в нашем организме, было предложено их возможное использование в диагностических целях.
Научные исследования все больше углубляются в изучение экзосом как ранних биомаркеров различных патологий, таких как сердечно-сосудистые патологии, заболевания центральной нервной системы, рак и другие болезни, поражающие печень, почки и легкие.
В частности, большие успехи имеются в области тумерогенеза. Экзосомы, несущие специфические микроРНК или группы микроРНК, могут использоваться в качестве диагностических маркеров для выявления рака на ранней стадии, чтобы сделать прогноз более благоприятным. Кроме того, метод будет минимально инвазивным, поскольку эти небольшие везикулы присутствуют во всех жидкостях организма.
Например, миР-21 считается диагностическим маркером различных видов рака, включая глиобластомы, а также рака поджелудочной железы, колоректального рака, толстой кишки, печени, молочной железы, яичников и пищевода.
МиР-146а и миР-34а действуют как диагностические инструменты для обнаружения образования опухолей в печени, молочной железе, толстой кишке, поджелудочной железе и гематологических злокачественных новообразований.
Экзосомы, выделенные и очищенные из плазмы, собранной у пациентов, обогащенной миР-10b-5p, миР-101-3p, миР-143-5p, были идентифицированы как потенциальные диагностические маркеры рака желудка с метастазами в лимфатические узлы, рака желудка с метастазами в яичники и рака желудка с метастазами в печени соответственно.
Учитывая огромный потенциал этих частиц, также исследуются возможности их использования в терапии. С целью противодействия симптомам нейродегенеративных заболеваний, аутоиммунных заболеваний, заболеваний печени и разработки инновационных подходов в терапии рака. Например, использование этих клеточных мессенджеров для транспортировки лекарств или терапевтических соединений, таких как микроРНК, миРНК и химиотерапевтические агенты, к клеткам-мишеням, чтобы повысить эффективность терапии и снизить ее токсичность для других клеток.
Иммунотерапия
Экзосомы, высвобождаемые из клеток рака толстой кишки, содержат высокоиммуногенные антигены. Исследования на животных моделях показали, что введение экзосом, содержащих опухолевые антигены, вызывает мощные противоопухолевые и регрессионные реакции Т-клеток.
Терапия против аутоиммунных заболеваний
Благодаря их иммуномодулирующей и противовоспалительной активности некоторые экзосомы, например, выделяемые паразитами, могут быть созданы для использования в качестве терапии против аутоиммунных заболеваний. Исследование, проведенное на моделях мышей, страдающих ВЗК, показало, как экзосомы, выделяемые паразитом F. hepatica , способны улучшить результаты и симптомы заболевания.
Нейродегенеративные заболевания и транспорт лекарств
Потенциал применения экзосом также был продемонстрирован при нейродегенеративных заболеваниях. Экзосомы, происходящие из дендритных клеток, модифицированных гликопротеином RVG, полученным из вируса бешенства, способны оказывать подавляющее действие против BACE1 в головном мозге, одной из мишеней, участвующих в болезни Альцгеймера.
В то же время экзосомы, обогащенные каталазой, продемонстрировали нейропротекторный эффект на мышиной модели болезни Паркинсона. Кроме того, было показано, что микровезикулы, обогащенные дофамином, лучше проникают в мозг, чем свободный дофамин, что дает этим мощным средам терапевтическое применение в данной области.
Биотехнологии трансформируют сферу эстетической медицины, предлагая уникальные возможности улучшения здоровья и внешнего вида кожи. Одной из наиболее значительных инноваций в этой области является использование экзосом — мощных биологических инструментов, которые произвели революцию в косметических процедурах.
В том, что касается здоровья кожи, экзосомы проявляют себя следующим образом:
Стимулируют синтез коллагена.
Коллаген является структурной основой кожи, обеспечивая эластичность и упругость. Экзосомы стимулируют фибробласты – клетки, ответственные за выработку коллагена, – способствуя синтезу новых коллагеновых волокон. Это приводит к улучшению текстуры кожи и уменьшению появления морщин.
Уменьшают воспаление.
Экзосомы обладают противовоспалительными свойствами, которые помогают успокоить раздраженную кожу. Модулируя иммунный ответ, экзосомы способствуют более ровному тону кожи и уменьшают покраснение или воспаление, связанные со старением.
Регенерируют клетки.
Экзосомы содержат генетический материал, который может влиять на экспрессию генов, связанных с ростом и регенерацией клеток. Это способствует обновлению клеток кожи, что приводит к более молодому и яркому цвету лица.
Также было обнаружено, что экзосомы эффективны в уменьшении появления пигментных пятен и других признаков старения. Они также могут помочь ускорить процесс заживления после косметических процедур, таких как дермальные наполнители, лазерные процедуры и микронидлинг.
Специалисты в области медицинской эстетики все чаще включают лечение экзосомами в свой портфель антивозрастных методов лечения. Эти процедуры можно проводить различными методами, среди которых:
Местное лечение экзосомами.
Специально разработанные сыворотки с экзосомами предназначены для местного применения. Эти составы вводятся в кожу с помощью дермального валика или микроигл. Это позволяет экзосомам проникать глубоко в кожу и доставлять полезные белки, липиды и нуклеиновые кислоты непосредственно в клетки. Этот подход неинвазивный и практически не требует восстановительного периода.
Инъекционная экзосомальная терапия.
Специалисты в области косметологии также могут вводить экзосомы посредством инъекций для точного воздействия на определенные области. Этот метод особенно эффективен для устранения более глубоких морщин и стимулирования синтеза коллагена в целевых областях.
Преимущества экзосомальных процедур для качества кожи и борьбы со старением:
Натуральность и безопасность: они используют естественную систему связи организма, что делает их безопасным и биосовместимым вариантом для укрепления здоровья кожи.
Долгосрочные результаты: устраняя коренные причины старения на клеточном уровне, лечение экзосомами обеспечивает долгосрочные результаты, способствуя долгосрочному улучшению качества кожи.
Универсальность: лечение экзосомами может дополнять другие эстетические процедуры, такие как лазерная терапия или микронидлинг, улучшая общие результаты и удовлетворенность пациентов.
В косметике экзосомы используются для разглаживания морщин, улучшения структуры и увлажнения кожи, повышения ее эластичности, а также для уменьшения воспалений и повреждений, вызванных ультрафиолетовым (УФ) излучением.
Они также используются для регенерации тканей при кожных ранах и для активации роста волос, а также для лечения дерматологических заболеваний, таких как системная красная волчанка, псориаз, атопический дерматит, системный склероз, регуляция пигментации и витилиго.
Эти нановезикулы могут помочь увеличить выработку коллагена, уменьшить воспаление и защитить кожу от стрессов окружающей среды. Кроме того, они способствуют повышению эффективности других активных ингредиентов, таких как гиалуроновая кислота, пептиды и антиоксиданты.
Экзосомы были идентифицированы как потенциальные новые косметические ингредиенты, которые могут принести значительную пользу. Уникальные свойства, такие как способность проникать в кожу, высокая концентрация биоактивных молекул и способность взаимодействовать и модулировать клетки кожи, делают их весьма интересным сырьем. Следовательно, будущее экзосом в косметической промышленности представляется многообещающим.
Кроме того, вполне вероятно, что их использование в сочетании с традиционными косметическими ингредиентами приведет к созданию более эффективных продуктов по уходу за кожей.
Наконец, по мере развития технологий экзосомы могут быть модифицированы, чтобы обеспечить еще более конкретные преимущества (например, адресную доставку активных ингредиентов).
Лечение экзосомами обычно считается безопасным, поскольку оно проводится с использованием собственной ткани пациента или донорской ткани. Однако, как и при любой медицинской процедуре, существуют потенциальные риски. К ним относятся инфекции, воспаления и аллергические реакции.
Важно оценить потенциальные риски, прежде чем проходить какое-либо лечение экзосомами.
Получайте знания, основанные на доказательной медицине из первых уст ведущих мировых специалистов. В рамках Модульной Школы Anti-Age Expert каждый месяц проходят очные двухдневные семинары, где раскрываются тонкости anti-age медицины для врачей более 25 специальностей
Узнать подробнее
Экзосомы - недавно открытые клеточные коммуникационные механизмы, имеющие потенциал для диагностики и терапии.
Экзосомы образуются из разных типов клеток и содержат множество молекул, включая белки, РНК и ДНК.
Они участвуют в поддержании физиологии организма, включая регенерацию тканей, иммуномодуляцию и противовоспалительную активность.
Возможно использование экзосом для диагностики различных патологий и терапий, включая иммунотерапию, доставку лекарств и регенерацию клеток.
Эстетическая медицина также использует экзосомы для улучшения здоровья кожи и уменьшения признаков старения.
Лечение экзосомами считается безопасным, но существуют потенциальные риски и необходимо оценить их перед процедурой.
Thery C, Zitvogel L, Amigorena S. Exosomes: composition, biogenesis and function. Nat Rev Immunol. 2002;2(8):569–579.
Simons M, Raposo G. Exosomes–vesicular carriers for intercellular communication. Curr Opin Cell Biol. 2009;21(4):575–581.
Pluchino S, Smith JA. Explicating exosomes: reclassifying the rising stars of intercellular communication. Cell. 2019;177(2):225–227.
Willms E, Johansson HJ, Mager I, et al. Cells release subpopulations of exosomes with distinct molecular and biological properties. Sci Rep. 2016;6(1):22519.
Farooqi AA, Desai NN, Qureshi MZ, et al. Exosome biogenesis, bioactivities and functions as new delivery systems of natural compounds. Biotechnol Adv. 2018;36(1):328–334.
Trams EG, Lauter CJ, Salem N Jr, Heine U. Exfoliation of membrane ecto-enzymes in the form of micro-vesicles. Biochim Biophys Acta. 1981;645(1):63–70.
Harding C, Heuser J, Stahl P. Receptor-mediated endocytosis of transferrin and recycling of the transferrin receptor in rat reticulocytes. J Cell Biol. 1983;97(2):329–339.
Pan B-T, Johnstone RM. Fate of the transferrin receptor during maturation of sheep reticulocytes in vitro: selective externalization of the receptor. Cell. 1983;33(3):967–978.
Johnstone RM. The Jeanne Manery-Fisher Memorial Lecture 1991. Maturation of reticulocytes: formation of exosomes as a mechanism for shedding membrane proteins. Biochem Cell Biol. 1992;70(3–4):179–190.
Существует более 10 000 заболеваний, причиной которых является одна мутация в одном гене. Лечение этих патологий полностью зависит от возможностей генной медицины, которая является весьма перспективным направлением. Она имеет потенциал значительно усовершенствовать подход к ранней профилактике и лечению ряда наследственных и генетических патологий.
Средняя продолжительность жизни мужчин в России сегодня – 67 лет. Это почти на 10 лет меньше, чем у женщин, и не намного больше среднего возраста выхода на пенсию. Почему мужчины живут меньше и можно ли на это повлиять?
Глюкуроновая кислота — это сахарная кислота, содержащаяся в моче. Она собирает токсины, такие как лекарства и гормоны, в печени и помогает вывести их из организма. Глюкуроновая кислота обычно используется в качестве детоксикатора.
Со временем теории о старении становятся все более сложными, поскольку исследователи и ученые пытаются раскрыть секреты увеличения продолжительности жизни.