RU2799315C2 - Extracellular vesicles for inhalation - Google Patents

Extracellular vesicles for inhalation Download PDF

Info

Publication number
RU2799315C2
RU2799315C2 RU2021105455A RU2021105455A RU2799315C2 RU 2799315 C2 RU2799315 C2 RU 2799315C2 RU 2021105455 A RU2021105455 A RU 2021105455A RU 2021105455 A RU2021105455 A RU 2021105455A RU 2799315 C2 RU2799315 C2 RU 2799315C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
exosomes
mir
cells
pegylated
lung
Prior art date
Application number
RU2021105455A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2021105455A (en
Inventor
Джерард Бернард МакКоли
Original Assignee
Омниспирант Лимитед
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Омниспирант Лимитед filed Critical Омниспирант Лимитед
Publication of RU2021105455A publication Critical patent/RU2021105455A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2799315C2 publication Critical patent/RU2799315C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: pharmaceuticals; medicine.
SUBSTANCE: object 1 is an aerosolizable aqueous composition for delivering cargo to lung cells, containing exosomes from mesenchymal stem cells (MSCs) having a surface coating of a hydrophilic polyethylene glycol (PEG) polymer, and the exosomes carry the specified cargo containing microRNA (miR), anti-miR, mRNA, long non-coding RNA, cRNA, small interfering RNA, short hairpin RNA, piwi-interacting RNA, regular-spaced clustered short palindromic repeat (CRISPR) RNA sequence, modifications of the above or engineered nucleic acid sequences, protein, cytokine or lipid, where the PEG has a molecular weight of less than 5 kDa, the surface coating covers at least 65% of the surface of the exosomes. Object 2 is a method of treating a patient having a lung disease including providing a composition, forming an aerosol of exosomes of the composition, and administering the aerosol to the patient.
EFFECT: possibility of obtaining an aerosol containing exosomes which passes through the mucus layer with penetration into lung cells, for the treatment of lung diseases.
15 cl, 25 dwg, 16 tbl, 2 ex

Description

ВведениеIntroduction

Настоящее изобретение относится к внеклеточным везикулам (EV, от англ. extracellular vesicles), в частности экзосомам, композициям, содержащим данные везикулы, их применениям и способам их применения и изготовления. Настоящее изобретение также относится к применению таких везикул в терапии и генной терапии, в частности, для лечения заболеваний дыхательных путей, таких как кистозный фиброз (CF - от англ. cystic fibrosis), ХОБЛ (Хроническая обструктивная болезнь легких) и раковые заболевания легкого.The present invention relates to extracellular vesicles (EV, from the English. extracellular vesicles), in particular exosomes, compositions containing these vesicles, their uses and methods for their use and manufacture. The present invention also relates to the use of such vesicles in therapy and gene therapy, in particular for the treatment of diseases of the respiratory tract, such as cystic fibrosis (CF - cystic fibrosis), COPD (Chronic Obstructive Pulmonary Disease) and lung cancers.

Предшествующий уровень техникиPrior Art

Внеклеточные везикулы представляют собой наноразмерные мембранные везикулы, инкапсулированные липидным бислоем и активно секретируемые большинством прокариотических и эукариотических клеток. Внеклеточные везикулы включают экзосомы, микровезикулы и мембранные пузырьки.Extracellular vesicles are nanoscale membrane vesicles encapsulated by a lipid bilayer and actively secreted by most prokaryotic and eukaryotic cells. Extracellular vesicles include exosomes, microvesicles, and membranous vesicles.

Везикулы, в общем, образуются посредством экзоцитоза из живых клеток. Экзосомы отличаются от многих других внеклеточных везикул тем, что они происходят из эндоцитозных компартментов в клетках и исключаются из клетки посредством экзоцитоза, когда мул ьти везикулярные тельца сливаются с плазматической мембраной.Vesicles are generally formed by exocytosis from living cells. Exosomes differ from many other extracellular vesicles in that they originate from endocytic compartments in cells and are expelled from the cell by exocytosis when the multivesicular bodies fuse with the plasma membrane.

Образование мультивезикулярных телец представляет собой многоэтапный процесс, который начинается с образования ранних эндосом. Данные ранние эндосомы созревают в поздние эндосомы, и на протяжении данного процесса несколько грузов, или во время деструкции в лизосомальном компартменте, или будучи упорядоченными в маленькие везикулы, подлежащие секреции, селективно заключаются внутрь эндосом посредством впячивания их мембраны и постепенно образуют множество внутрипросветных везикул. Данные эндосомы с множеством внутрипросветных везикул в настоящее время называются поздними эндосомами и затем созревают с образованием МВТ (мультивезикулярные тельца), которые в конечном итоге сливаются с плазматической мембраной с высвобождением данных везикул в виде экзосом.The formation of multivesicular bodies is a multi-step process that begins with the formation of early endosomes. These early endosomes mature into late endosomes, and during this process several cargoes, either during degradation in the lysosomal compartment or being ordered into small vesicles to be secreted, are selectively enclosed within the endosomes by invagination of their membrane and gradually form many intraluminal vesicles. These endosomes with many intraluminal vesicles are currently referred to as late endosomes and then mature to form MBTs (multivesicular bodies) that eventually fuse with the plasma membrane to release these vesicles as exosomes.

Внеклеточные везикулы обычно имеют размер в интервале вплоть до примерно 1000 нм, при этом экзосомы обычно имеют размер в интервале 30-150 нм. Помимо своих мембранных молекул «подписи» везикулы, включая экзосомы, вприроде имеют внутривезикулярный груз, который может включать множество белков, РНК и микроРНКв водном растворе/суспензии.Extracellular vesicles typically range in size up to about 1000 nm, while exosomes typically range in size from 30-150 nm. In addition to their membrane "signature" molecules, vesicles, including exosomes, naturally have an intravesicular cargo that can include a variety of proteins, RNA, and microRNAs in aqueous solution/suspension.

Везикулы, в частности экзосомы, вовлечены в клеточную коммуникацию и межклеточную передачу сигнала. В результате, экзосомы и другие везикулы в последнее время начали использоваться в экспериментальных моделях заболевания для доставки лекарственных средств или желательных молекул. За счет их природного происхождения, экзосомы сохраняют явное преимущество над доставкой лекарственных средств на основе липосом как эффективное и надежное средство доставки разных терапевтических средств на основе нуклеиновых кислот, макромолекул и лекарственных средств.Vesicles, in particular exosomes, are involved in cellular communication and intercellular signal transduction. As a result, exosomes and other vesicles have recently begun to be used in experimental disease models to deliver drugs or desirable molecules. Due to their natural origin, exosomes retain a distinct advantage over liposome-based drug delivery as an efficient and reliable means of delivering various nucleic acid, macromolecular, and drug-based therapeutics.

Способность везикул нести белки, РНК и микроРНК в цитоплазматическое ядро делает их везикулами для удобной доставки лекарственных средств. Кроме того, наличие липидного бислоя обеспечивает структурную целостность, защищает нуклеиновые кислоты от деградации и дает возможность экзосомам выдерживать сдвиговое напряжение.The ability of vesicles to carry proteins, RNA, and microRNAs to the cytoplasmic nucleus makes them convenient vesicles for drug delivery. In addition, the presence of a lipid bilayer provides structural integrity, protects nucleic acids from degradation, and enables exosomes to withstand shear stress.

Известно, что экзосомы способны легко проникать через клеточные мембраны и также уклоняться от действия иммунной системы, частично, благодаря своему размеру. Поскольку экзосомы представляют собой нановезикулы, встречающиеся в природе, они не оказывают цитотоксического действия, которое могли бы оказывать носители лекарственных средств на основе липосом или других наночастиц, и имеют лучший период полувыведения из крови и лучшее проникание через разные биологические барьеры.Exosomes are known to be able to easily penetrate cell membranes and also evade the immune system, due in part to their size. Because exosomes are naturally occurring nanovesicles, they do not have the cytotoxic effects that drug carriers based on liposomes or other nanoparticles might have, and have a better blood half-life and better penetration across various biological barriers.

Кистозный фиброз (CF) представляет собой генетическое заболевание, при котором пациент наследует мутацию в обеих копиях гена белка регулятора трансмембранной проводимости при кистозном фиброзе (CFTR - от англ. cystic fibrosis transmembrane conductance regulator). CFTR участвует в продукции разных продуктов секреции, в частности, слизи, пищеварительных соков и пота. В то время как такие продукты секреции обычно являются негустыми, в результате мутации у пациентов с кистозным фиброзом продукты секреции являются густыми. В легких такие густые продукты секреции приводят к значительной продукции мокроты, уменьшенному клиренсу данной слизи, закупорке дыхательных путей из-за скопления слизи, постоянному кашлю, частым инфекциям в легких и затрудненному дыханию.Cystic fibrosis (CF) is a genetic disorder in which a patient inherits a mutation in both copies of the cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) protein gene. CFTR is involved in the production of various secretion products, in particular mucus, digestive juices, and sweat. While such secretions are usually thin, as a result of a mutation in patients with cystic fibrosis, the secretions are thick. In the lungs, these thick secretions result in significant sputum production, reduced clearance of this mucus, blockage of the airways due to mucus accumulation, persistent coughing, frequent infections in the lungs, and difficulty breathing.

В то время как в настоящее время нет известных способов излечения CF, генная терапия исследуется как возможный сильнодействующий способ излечения. Разные подходы пробовались в случае генной терапии, включая липосомы и вирусные векторы. Однако обнаружено, что такие виды лечения являются неэффективными, главным образом из-за неэффективности векторов и проблем с безопасностью. Вирусные векторы могут вызывать нежелательный иммунный ответ, который препятствует повторному введению и может также вызывать потенциально канцерогенный инсерционный мутагенез за счет интеграции вирусной ДНК в геном хозяина.While there are currently no known cures for CF, gene therapy is being explored as a possible potent cure. Various approaches have been tried in the case of gene therapy, including liposomes and viral vectors. However, such treatments have been found to be ineffective, mainly due to vector inefficiency and safety concerns. Viral vectors can elicit an unwanted immune response that prevents reintroduction and can also induce potentially carcinogenic insertional mutagenesis by integrating the viral DNA into the host genome.

Поскольку CF вызывает значимые проблемы в легких, считается, что эффективная доставка в легкие при генной терапии является требованием для эффективной терапии.Because CF causes significant problems in the lungs, efficient delivery to the lungs by gene therapy is considered to be a requirement for effective therapy.

Везикулы, включая экзосомы, по-видимому, представляют собой возможные средства доставки к легкому для генной терапии и вообще других типов терапии, например, регенеративной медицины, терапии на основе белков, антител или малых молекул. Однако, существует по меньшей мере две значительные трудности. Во-первых, слизь в легком обеспечивает значимый барьер для любого средства переноса гена, достигающего клетки легких. Слизь представляет собой липкий вязкоупругий гель, который защищает от патогенов, токсинов и продуктов распада в разных точках поступления в организм, включая глаза, нос, легкие, желудочно-кишечный тракт и женские половые пути. Многие наночастицы являются сильно мукоадгезивными и оказываются эффективно захваченными в быстро высвобождающемся периферическом слое слизи, что сильно ограничивает их распространение по слизистой оболочке, а также проникновение в нижележащую ткань. Клинические испытания, тестирующие вирусные генетические векторы, включая аденовирус (AdV) и аденоассоциированный вирус (AAV - от англ. adeno-associated virus), серотип 2, и невирусные липосомные векторы для ингаляционной генной терапии, не смогли обеспечить клинически значимое положительное действие из-за неэффективного переноса генов к дыхательному эпителию, генерации иммунных реакций хозяина, инактивирующих терапию, и, в случае липосомальной генной терапии, доставка достаточных доз представляла собой еще одну общепризнанную проблему. Разные исследования показали, что захват, обеспечиваемый слизью, затрудняет доступ данных векторов к нижележащему эпителию и, таким образом, препятствует успешному переносу генов. Время удерживания данных захваченных частиц ограничивается скоростью обновления периферического слоя слизи, которая, в зависимости от органа, находится в интервале от секунд до нескольких часов. Для обеспечения эффективной доставки частиц, включая фармацевтические средства, через слизистые оболочки, такие частицы должны быть способны к быстрой диффузии через слизистый барьер, избегая адгезии слизи и избегая защиты, обусловленной мукоцил парным клиренсом. Кроме того, сразу после пересечения слизистого барьера, также необходимо пересечь барьер в виде клеточной мембраны. Он также предназначен для обеспечения барьера, предотвращающего доступ к клетке, в частности, для вирусов и чужеродных частиц.Vesicles, including exosomes, appear to be possible delivery vehicles to the lung for gene therapy and other types of therapies in general, such as regenerative medicine, protein, antibody or small molecule based therapies. However, there are at least two significant difficulties. First, the mucus in the lung provides a significant barrier to any gene transfer agent reaching the lung cells. The mucus is a sticky, viscoelastic gel that protects against pathogens, toxins, and waste products at multiple entry points in the body, including the eyes, nose, lungs, gastrointestinal tract, and female reproductive tract. Many nanoparticles are highly mucoadhesive and are effectively entrapped in the rapidly releasing peripheral mucus layer, which greatly limits their spread across the mucosa as well as penetration into the underlying tissue. Clinical trials testing viral genetic vectors, including adenovirus (AdV) and adeno-associated virus (AAV), serotype 2, and non-viral liposome vectors for inhaled gene therapy, have failed to provide clinically meaningful benefit due to inefficient gene transfer to the respiratory epithelium, generation of therapy-inactivating host immune responses, and, in the case of liposomal gene therapy, delivery of sufficient doses has been another recognized problem. Various studies have shown that mucus-mediated entrapment makes it difficult for these vectors to reach the underlying epithelium and thus prevents successful gene transfer. The retention time of these trapped particles is limited by the rate of renewal of the peripheral mucus layer, which, depending on the organ, ranges from seconds to several hours. To ensure efficient delivery of particles, including pharmaceuticals, across mucosal surfaces, such particles must be capable of rapidly diffusing across the mucosal barrier, avoiding mucus adhesion and avoiding protection due to mucocyl pair clearance. In addition, immediately after crossing the mucosal barrier, it is also necessary to cross the barrier in the form of a cell membrane. It is also intended to provide a barrier preventing access to the cell, in particular by viruses and foreign particles.

Вирусные векторы могут быть также нейтрализованы существующими иммунными ответами или приобретенными иммунными ответами при повторном введении. Применение экзосом стволовых клеток или EV, которые являются иммунологически привилегированными, могут обходить данную проблему. Покрытие из ПЭГ (полиэтиленгликоль) может дополнительно усиливать свойства «малозаметности» экзосом стволовых клеток за счет эффективного экранирования поверхностных антигенов.Viral vectors can also be neutralized by existing immune responses or acquired immune responses upon repeated administration. The use of stem cell or EV exosomes that are immunologically privileged may circumvent this problem. The PEG (polyethylene glycol) coating can further enhance the stealth properties of stem cell exosomes by effectively shielding surface antigens.

Кроме того, аэрозольная доставка терапевтически релевантных доз везикул может быть проблематичной для многих стандартных небулайзеров. Везикулы в водной наносуспензии или коллоиде могут агрегировать или образовывать агломераты. Силы, действующие между частицами, особенно в концентрированных нанофлюидах, приводят к повышенной вязкости, которая, в свою очередь, приводит к очень значимым трудностям в аэрозолизации. Кроме того, агрегация или агломерация приводит к получению везикул, не образующих истинную суспензию или коллоид, поскольку везикулы не распределяются по всей жидкости, а скапливаются или прилипают к стенкам сосуда, в котором держат наносуспензию или коллоид.In addition, aerosol delivery of therapeutically relevant doses of vesicles can be problematic with many standard nebulizers. Vesicles in an aqueous nanosuspension or colloid can aggregate or form agglomerates. Forces acting between particles, especially in concentrated nanofluids, lead to increased viscosity, which, in turn, leads to very significant difficulties in aerosolization. In addition, aggregation or agglomeration results in vesicles that do not form a true suspension or colloid, since the vesicles are not distributed throughout the liquid, but accumulate or adhere to the walls of the vessel in which the nanosuspension or colloid is held.

Эффективная доставка груза, в частности нуклеотидных последовательностей и белков, к клеткам дыхательного эпителия легкого остается общей проблемой для всех подходов.Efficient delivery of cargo, in particular nucleotide sequences and proteins, to lung respiratory epithelial cells remains a common problem for all approaches.

В Kooijmans et, «PEGylated and targeting extracellular vesicles display enhanced cell specificity and circulation time», Journal of Controlled Release, vo. 224, 7 January 2016, стр. 77-85 описано «декорирование» внеклеточных везикул лигандами направленного действия, конъюгированными с полиэтиленгликолем, для улучшения специфичности везикул и продления их периода нахождения в системе кровообращения перед клиренсом. В данной статье описано получение внеклеточных везикул из клеток нейробластомы мыши и в ней не рассматриваются проблемы проникновения через слизь или проникновения через клеточную мембрану. В действительности в данной статье было указано на то, что ПЭГилирование негативно влияет на клеточное поглощение.In Kooijmans et, "PEGylated and targeting extracellular vesicles display enhanced cell specificity and circulation time", Journal of Controlled Release, vo. 224, 7 January 2016, pp. 77-85 describe decorating extracellular vesicles with polyethylene glycol-conjugated targeting ligands to improve the specificity of the vesicles and prolong their residence time in the circulatory system before clearance. This article describes the production of extracellular vesicles from mouse neuroblastoma cells and does not address the problems of mucus penetration or cell membrane penetration. In fact, it has been pointed out in this article that PEGylation adversely affects cellular uptake.

В Myung Soo Kim, «Engineered macrophage-derived exosomes for targeting paclitaxel delivery to pulmonary metastases: in vitro and in vivo evaluations*, Nanomedecine: Nanotechnology, Biology and Medicine, vol. 14, no. 1,2 October 2017, стр. 195-204 также описаны экзосомы, «декорированные» ПЭГ, конъюгированным с лигандом, специфичным к клетке/рецептору. Опять же, в данном документе не затрагивается какая-либо проблема, ассоциированная с доставкой везикул к легкому, и не упоминается пересечение слизистого барьера или клеточной мембраны. Кроме того, в данном документе описан груз - паклитаксел.In Myung Soo Kim, "Engineered macrophage-derived exosomes for targeting paclitaxel delivery to pulmonary metastases: in vitro and in vivo evaluations*", Nanomedecine: Nanotechnology, Biology and Medicine, vol. 14, no. 1,2 October 2017, pp. 195-204 also describes exosomes decorated with PEG conjugated to a cell/receptor specific ligand. Again, this document does not address any problem associated with the delivery of vesicles to the lung and does not mention crossing the mucosal barrier or cell membrane. In addition, this document describes the cargo - paclitaxel.

В US9901600 от имени Alexander Mitsialis описано применение экзосом для лечения и/или предупреждения заболеваний легкого. Экзосомы в качестве груза могут включать белки или нуклеиновые кислоты. Данные экзосомы без покрытия и не решают проблем слизистого барьера или барьера в виде клеточной мембраны. В то время как в данном документе предложено введение посредством инъекции или ингаляции, отсутствует информация о том, как может быть достигнута аэрозолизация экзосом, как требуется для ингаляции.US9901600 on behalf of Alexander Mitsialis describes the use of exosomes for the treatment and/or prevention of lung diseases. Exosomes may include proteins or nucleic acids as cargo. These exosomes are uncoated and do not solve mucosal or cell membrane barrier problems. While this document suggests administration by injection or inhalation, there is no information on how aerosolization of exosomes can be achieved as required for inhalation.

Желательно предложить средства доставки генной терапии к клеткам легкого, используя ингаляционную систему доставки. Также желательно предложить средство доставки, которое может проходить через слой слизи и проникать через клеточные мембраны, дополнительно средство доставки должно переноситься в композиции, которая может быть превращена в аэрозоль.It is desirable to provide a means of delivering gene therapy to lung cells using an inhaled delivery system. It is also desirable to provide a delivery vehicle that can pass through the mucus layer and permeate cell membranes, additionally the delivery vehicle should be carried in compositions that can be aerosolized.

Цель настоящего изобретения заключается в предложении везикулы, в частности экзосомы, которая может быть превращена в аэрозоль и проходить через слой слизи с проникновением в клетки легкого. Еще одна цель изобретения заключается в предложении везикул, в частности экзосом, для применения в терапии, конкретно для терапии заболеваний легкого.The purpose of the present invention is to provide a vesicle, in particular an exosome, which can be aerosolized and pass through the mucus layer to enter lung cells. Another object of the invention is to provide vesicles, in particular exosomes, for use in therapy, specifically for the treatment of diseases of the lung.

Краткое изложение сущности изобретенияBrief summary of the invention

Согласно изобретению предложена аэрозолизируемая композиция, содержащая внеклеточные везикулы из мезенхимальных стволовых клеток (МСК), имеющие поверхностное покрытие из гидрофильного полимера полиэтиленгликоль (ПЭГ), причем данные везикулы несут груз, содержащий одну или более из микроРНК (miR), анти-MIR, мРНК, длинной некодирующей РНК, кольцевой РНК, малой интерферирующей РНК, короткой шпилечной РНК, piwi-взаимодействующей РНК, последовательности РНК кластерных коротких палиндромных повторов, разделенных регулярными промежутками (CRISPR, от англ. clustered regularly interspaced short palindromic repeats), модификаций вышеуказанного или искусственно сконструированных последовательностей нуклеиновых кислот, белка, цитокина или липида.According to the invention, an aerosolizable composition is provided containing extracellular vesicles from mesenchymal stem cells (MSCs) having a surface coating of a hydrophilic polymer polyethylene glycol (PEG), and these vesicles carry a cargo containing one or more of microRNA (miR), anti-MIR, mRNA, long non-coding RNA, circular RNA, small interfering RNA, short hairpin RNA, piwi-interacting RNA, clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR) RNA sequences, modifications of the above, or artificially constructed sequences nucleic acids, protein, cytokine or lipid.

Такие композиции подходящим образом содержат везикулы с поверхностным покрытием в виде коллоида или суспензии. Покрытие из гидрофильного полимера обычно приводит к получению везикул, которые могут образовывать суспензию или коллоид в водной композиции и могут проникать через слизь и поступать в клетки с доставкой терапевтического груза.Such compositions suitably contain surface-coated vesicles in the form of a colloid or suspension. Coating with a hydrophilic polymer typically results in vesicles that can form a suspension or colloid in an aqueous composition and can penetrate mucus and enter cells to deliver a therapeutic payload.

Согласно изобретению также предложены собственно везикулы и такая композиция, содержащая везикулы, например, в виде коллоида или суспензии для применения в терапии, где везикулы имеют терапевтический груз и поверхностное покрытие из гидрофильного полимера.The invention also provides the vesicles themselves and such a composition containing the vesicles, for example in the form of a colloid or suspension for use in therapy, where the vesicles have a therapeutic payload and a surface coating of a hydrophilic polymer.

Такой груз может содержать микроРНК (miR), последовательность нуклеиновой кислоты, модулирующую микроРНК, такую как анти-miR/антагомир, или другие некодирующие последовательности нуклеиновых кислот, которые могут менять экспрессию генов в пораженных заболеванием клетках-мишенях (например, длинная некодирующая РНК или кольцевая РНК, которые могут действовать как губки микроРНК, таким образом, оказывая действия анти-miR; малую интерферирующую РНК или короткую шпилечную РНК, для специфичного нокдауна гена, piwi-взаимодействующую РНК для сайленсинга генов или транспозонов, участвующих в заболевании, и т.д.), мРНК, липиды, белки, цитокины или малые молекулы для доставки к клеткам-мишеням. Все из нуклеиновых кислот могут быть изменены или последовательность может быть сконструирована для модифицированных эффектов. Такие грузы могут содержать одну или более или две или более или все из следующих: микроРНК (miR), мРНК, анти-miR, другие встречающиеся в природе или искусственно полученные последовательности нуклеиновых кислот, липид, белок, цитокин и низкомолекулярное терапевтическое средство. Такие грузы могут быть введены, например, в экзосомы во время биогенеза их родительскими клетками (например, посредством сверхэкспрессии микроРНК посредством генетической модификации продуцирующего типа клеток), или терапевтическая молекула может быть введена в экзосому после ее выделения из культуральной среды (например, с использованием электро по рации, теплового шока, растворов/реагентов для переноса или других способов введения малой молекулы, белка или последовательности нуклеиновой кислоты, такой как анти-микроРНК, мРНК или микроРНК). Когда везикулы, например, экзосомы, вводят в цитоплазму клетки-мишени легкого, они могут обеспечивать лечение кистозного фиброза (CF), хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ), раковых заболеваний легкого, идиопатического легочного фиброза, обструктивной болезни легких, астмы, легочной гипертензии, бронхолегочной дисплазии и других патологических состояний и заболеваний легкого.Such a payload may contain a microRNA (miR), a microRNA modulating nucleic acid sequence such as an anti-miR/anthomir, or other non-coding nucleic acid sequences that can alter gene expression in diseased target cells (e.g., long non-coding RNA or circular RNAs that can act as miRNA sponges, thus exerting anti-miR actions, small interfering RNA or short hairpin RNA, for specific gene knockdown, piwi-interacting RNA for silencing genes or transposons involved in disease, etc. ), mRNA, lipids, proteins, cytokines or small molecules for delivery to target cells. All of the nucleic acids can be changed or the sequence can be designed for modified effects. Such shipments may contain one or more or two or more or all of the following: microRNA (miR), mRNA, anti-miR, other naturally occurring or artificially derived nucleic acid sequences, a lipid, a protein, a cytokine, and a small molecule therapeutic agent. Such cargoes can be introduced, for example, into exosomes during biogenesis by their parent cells (for example, via microRNA overexpression through genetic modification of the producing cell type), or the therapeutic molecule can be introduced into the exosome after it has been isolated from the culture medium (for example, using electro via radio, heat shock, transfer solutions/reagents, or other means of introducing a small molecule, protein, or nucleic acid sequence such as an anti-miRNA, mRNA, or microRNA). When vesicles, such as exosomes, are introduced into the cytoplasm of a lung target cell, they can provide treatment for cystic fibrosis (CF), chronic obstructive pulmonary disease (COPD), lung cancers, idiopathic pulmonary fibrosis, obstructive pulmonary disease, asthma, pulmonary hypertension, bronchopulmonary dysplasia and other pathological conditions and diseases of the lung.

Согласно изобретению также предложена композиция, как описано выше, для применения в терапии.The invention also provides a composition as described above for use in therapy.

Согласно изобретению также предложен способ лечения пациента, имеющего заболевание легкого, включающий:The invention also provides a method for treating a patient having a lung disease, comprising:

предоставление композиции, как описано выше;providing the composition as described above;

образование аэрозоля везикул композиции; иaerosol formation of vesicles of the composition; And

ведение данного аэрозоля пациенту.administration of this aerosol to the patient.

Подробности ИзобретенияDetails of the Invention

Предоставление поверхностного покрытия из гидрофильного полимера на везикулах уменьшает их склонность к агрегации или агломерации, приводя к получению коллоида или суспензии везикул с покрытием, которые могут быть превращены в аэрозоль, и также обладают способностью проходить через слизь, проникая в клетки, и, при наличии, осаждают свой дополнительный терапевтический груз, который был включен в EV, или в результате генетической модификации EV-продуцирующих клеток, или иным образом включенный экзогенный груз.Providing a hydrophilic polymer surface coating on the vesicles reduces their tendency to aggregate or agglomerate, resulting in a colloid or suspension of coated vesicles that can be aerosolized and also have the ability to pass through mucus to enter cells and, if present, deposit their additional therapeutic cargo that has been incorporated into the EV, either as a result of genetic modification of EV-producing cells, or otherwise incorporated exogenous cargo.

Предпочтительно везикулы представляют собой экзосомы, используемые, например, в нижеприведенных примерах. В качестве альтернативы, везикулы могут представлять собой микровезикулы, мембранные пузырьки или мембранные частицы.Preferably, the vesicles are exosomes, as used, for example, in the examples below. Alternatively, the vesicles may be microvesicles, membrane vesicles, or membrane particles.

Предпочтительно, везикулы, в частности экзосомы, происходят из животных клеток, более предпочтительно из клеток человека. Клетки могут представлять собой соматические клетки или стволовые клетки.Preferably, the vesicles, in particular exosomes, are derived from animal cells, more preferably from human cells. The cells may be somatic cells or stem cells.

В предпочтительных воплощениях изобретения экзосомы происходят из мезенхимальных стволовых клеток, главным образом человеческих MCK (hMCK). Такие везикулы демонстрируют присущие терапевтические свойства, и доставка данных везикул в клетки-мишени, как было показано, модулирует фиброз, воспаление, регенерацию тканей и способствующие выживанию действия. Боле предпочтительно, везикулы, в частности экзосомы, происходят из hTERT (от англ. human Telomerase reverse transcriptase - обратная транскриптаза теломеразы человека) иммортализованных мезенхимальных стволовых клеток, происходящих из жировой ткани или костного мозга. МСК могут быть генетически модифицированы для сверх экспрессии конкретных miR; существуют имеющиеся в продаже конструкции со с верх экспрессией микроРНК и анти-miR (например, лентивекторы XMIRXpress от Systems Biosciences, которыми можно трансформировать клетки для сверхэкспрессии предпочтительных miR/антиR, в то время как Х-мотив направляет высокие концентрации микроРНК в экзосомы). МСК могут упаковывать данные miR в экзосомы или другие везикулы, которые могут быть собраны и очищены, используя стандартные методики для применения, как описано. Иммортализованные МСК являются идеальным источником - банком клеток, обладающим огромной способностью к стабильной сверхэкспрессии грузов в виде нуклеиновых кислот, полученных методами биоинженерии, и распространением, которое является идеальным для продукции терапевтических средств на основе везикул, в частности, экзосом, на промышленном уровне.In preferred embodiments of the invention, the exosomes are derived from mesenchymal stem cells, primarily human MCKs (hMCKs). Such vesicles exhibit inherent therapeutic properties, and delivery of these vesicles to target cells has been shown to modulate fibrosis, inflammation, tissue regeneration, and pro-survival activities. More preferably, vesicles, in particular exosomes, are derived from hTERT (human Telomerase reverse transcriptase) immortalized mesenchymal stem cells derived from adipose tissue or bone marrow. MSCs can be genetically modified to overexpress specific miRs; there are commercially available miRNA and anti-miR overexpressing constructs (eg, XMIRXpress lentivectors from Systems Biosciences, which can transform cells to overexpress preferred miR/antiR while the X motif directs high concentrations of miRNA to exosomes). MSCs can package miR data into exosomes or other vesicles, which can be harvested and purified using standard application techniques as described. Immortalized MSCs are an ideal source - a cell bank with a tremendous capacity for stable overexpression of cargoes as bioengineered nucleic acids and a distribution that is ideal for the production of vesicle-based therapeutics, in particular exosomes, at an industrial level.

Везикулы, в частности экзосомы, могут быть использованы для лечения многих болезненных состояний. Везикулы с гидрофильным полимерным покрытием могут быть аэрозолизированы и, при осаждении в соответствующих областях легкого, также лучше способны проходить через слизь и неожиданно, несмотря на поверхностную модификацию, они демонстрируют сохраняющуюся способность к быстрому пересечению клеточной мембраны. В связи с этим, везикулы по изобретению особенно подходят для того, чтобы быть приспособленными для применения в лечении патологических состояний легкого, таких как кистозный фиброз (CF), хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ), рак легкого, астма, легочная гипертензия, острый респираторный дистресс-синдром (ОРДС), идиопатический легочный фиброз и другие состояния, воздействующие на легкие, но не ограничивающихся ими.Vesicles, in particular exosomes, can be used to treat many disease states. Hydrophilic polymer-coated vesicles can be aerosolized and, when deposited in appropriate areas of the lung, are also better able to pass through mucus and surprisingly, despite surface modification, they show continued ability to rapidly cross the cell membrane. In this regard, the vesicles of the invention are particularly suitable to be adapted for use in the treatment of pathological conditions of the lung such as cystic fibrosis (CF), chronic obstructive pulmonary disease (COPD), lung cancer, asthma, pulmonary hypertension, acute respiratory distress syndrome (ARDS), idiopathic pulmonary fibrosis, and other conditions affecting the lungs, but not limited to.

Уязвимые органы, в частности, дыхательные пути, секретируют вязкоупругую слизь для захвата и исключения чужеродного патогена и ультратонких частиц. В результате, слизь обеспечивает значительный барьер для проникновения терапевтических средств, доставляемых в легкие. В то время как низко молекулярные лекарственные средства обычно могут проникать через слизистый барьер, что приводит к тому, что аэрозольная доставка таких терапевтических средств является успешным способом доставки, слизистый барьер оказался очень проблематичным для доставки биологических молекул, таких как агенты переноса генов или векторы для применения в генной терапии.Vulnerable organs, particularly the respiratory tract, secrete viscoelastic mucus to capture and expel foreign pathogen and ultrafine particles. As a result, mucus provides a significant barrier to entry of therapeutic agents delivered to the lungs. While small molecule drugs can usually penetrate the mucosal barrier, which makes aerosol delivery of such therapeutics a successful delivery method, the mucosal barrier has proven to be very problematic for the delivery of biological molecules such as gene transfer agents or vectors for application. in gene therapy.

Везикулы, в частности экзосомы, по изобретению содержат покрытие из гидрофильного полимера. Преимущественно обнаружено, что данные везикулы с покрытием обладают улучшенными свойствами образования аэрозоля. Отдельно обнаружено, что везикулы с покрытием легче проникают через слизь легкого, облегчая доступ к ткани легкого в лечении заболевания легкого или в других терапевтических применениях, при которых активные вещества доставляются в или через ткань легкого.Vesicles, in particular exosomes, according to the invention are coated with a hydrophilic polymer. Advantageously, these coated vesicles have been found to have improved aerosol generating properties. Separately, coated vesicles have been found to more easily penetrate lung mucus, facilitating access to lung tissue in the treatment of lung disease or other therapeutic applications in which active agents are delivered to or through lung tissue.

Обнаружено, что везикулы с покрытием, в частности экзосомы, по изобретению образуют суспензии и/или коллоиды, которые обладают пониженной вязкость, по сравнению с экзосомами без покрытия, полагают, что данный эффект является результатом стерической стабилизации экзосом в наносуспензии/коллоиде. Образование суспензии, имеющей дисперсные частицы, или коллоида облегчает образование аэрозолей с аэрозольными частицами в интервале размеров, подходящем для доставки к легким, и содержащих полезные концентрации везикул. Данные композиции полезны для доставки непосредственно везикул, например, экзосом и также полезны для доставки везикул, содержащих дополнительные компоненты для терапевтического применения, посредством доставки в, или будучи включенными в, или на везикулах. Такие экзосомы могут демонстрировать дополнительные специфичные в отношении клетки нацеливающие группировки, или присоединенные (например, посредством клик-химии), или группировки, которые были экспрессированы в результате генной инженерии. Такие нацеливающие лиганды могут усиливать поглощение экзосом в конкретных типах клеток (например, фибробластах, иммунных клетках, эндотелиальных или эпителиальных клетках).Coated vesicles, in particular exosomes, of the invention have been found to form suspensions and/or colloids that have a reduced viscosity compared to uncoated exosomes, this effect is believed to result from steric stabilization of the exosomes in the nanosuspension/colloid. The formation of a suspension having dispersed particles or a colloid facilitates the formation of aerosols with aerosol particles in the size range suitable for delivery to the lungs and containing useful concentrations of vesicles. These compositions are useful for delivering directly to vesicles, such as exosomes, and are also useful for delivering vesicles containing additional components for therapeutic use by delivery to, or by being included in, or on the vesicles. Such exosomes may display additional cell-specific targeting moieties, either attached (eg, via click chemistry) or moieties that have been expressed as a result of genetic engineering. Such targeting ligands can enhance uptake of exosomes in specific cell types (eg, fibroblasts, immune cells, endothelial or epithelial cells).

Гидрофильные полимеры, используемые в изобретении, таким образом, приводят к получению везикул, которые демонстрируют уменьшенную агрегацию или агломерацию в растворе, образующем коллоид и суспензию. Подходящим образом, полимеры являются по существу неионными и по существу незаряженными. Один результат заключается в том, что экзосомы с покрытием по изобретению обычно имеют поверхностный заряд, который уменьшен, по сравнению с экзосомами без покрытия и имеет тенденцию к по существу нейтральному суммарному поверхностному заряду.The hydrophilic polymers used in the invention thus result in vesicles that exhibit reduced aggregation or agglomeration in solution forming a colloid and a suspension. Suitably, the polymers are essentially non-ionic and essentially uncharged. One result is that coated exosomes of the invention typically have a surface charge that is reduced compared to uncoated exosomes and tends to have a substantially neutral net surface charge.

Поверхностное покрытие из гидрофильного полимера - полиэтиленгликоля (ПЭГ) указывает на то, что ПЭГ находится на внешней поверхности внеклеточной везикулы, таким образом, что доступна его функциональность. Это позволяет свойствам ПЭГ влиять на свойства внеклеточной везикулы, например, ее гидрофильные свойства. Ввиду этого, ПЭГ не является внутренней частью другого покрытия и не имеет какого-либо значительного покрытия на ПЭГ. ПЭГ-покрытие представляет собой самое наружное покрытие на внеклеточных везикулах. Дополнительные лиганды или другие элементы не конъюгированы на дистальных концах ПЭГ. ПЭГ образует по существу единственное покрытие на внеклеточных везикулах.A surface coating of a hydrophilic polymer, polyethylene glycol (PEG), indicates that the PEG is on the outer surface of the extracellular vesicle, such that its functionality is available. This allows the properties of the PEG to influence the properties of the extracellular vesicle, such as its hydrophilic properties. In view of this, the PEG is not an internal part of the other coating and does not have any significant coating on the PEG. The PEG coating is the outermost coating on extracellular vesicles. Additional ligands or other elements are not conjugated at the distal ends of the PEG. PEG forms essentially the only coating on extracellular vesicles.

Низко молекулярный ПЭГ предпочтительно имеет молекулярную массу меньше чем 3 кДа и предпочтительно обеспечивает EV с плотным поверхностным покрытием 65% или больше, которого достаточно для по существу нейтрализации поверхностного заряда EV (а именно, от - 8 мВ до 0 мВ).The low molecular weight PEG preferably has a molecular weight of less than 3 kDa and preferably provides an EV with a dense surface coverage of 65% or more, which is sufficient to substantially neutralize the surface charge of the EV (namely, -8 mV to 0 mV).

Предпочтительно поверхностное покрытие будет покрывать по меньшей мере 65%, более предпочтительно по меньшей мере 70% и наиболее предпочтительно по меньшей мере 75% поверхности везикул с обеспечением достаточной стерической стабилизации и нейтрализации поверхностного заряда с минимизацией агломерации и агрегации экзосом. В конкретных примерах, проиллюстрированных ниже, поверхностное покрытие приблизительно 70% или больше наблюдали в экзосомах с покрытием, которые образовывали аэрозоли и проникали через слизь.Preferably, the surface coating will cover at least 65%, more preferably at least 70% and most preferably at least 75% of the surface of the vesicles to provide sufficient steric stabilization and surface charge neutralization while minimizing exosome agglomeration and aggregation. In the specific examples illustrated below, a surface coverage of approximately 70% or more was observed in coated exosomes that aerosolized and passed through the mucus.

Полимер поверхностного покрытия обычно имеет низкую молекулярную массу, предпочтительно меньше 5 кДа, более предпочтительно меньше 4 кДа, более предпочтительно меньше 3 кДа и наиболее предпочтительно от 2 кДа до 3 кДа. В конкретных примерах, проиллюстрированных ниже, покрытие было образовано в результате присоединения полимерных цепей приблизительно 2 кДа к поверхности везикул. В результате данные цепи не обеспечивают стерического искажения или несоответствия цепям муцина, которые могут встречаться в слизистом слое легких. Полимеры подходящим образом включены в концентрации, которая достаточна для по существу нейтрализации поверхностного заряда везикул и предотвращения агломерации или агрегации; такое плотное покрытие будет обеспечивать конформацию гидрофильных цепей в оптимальной ориентации/конформации «кисти». Требуемая концентрация полимера зависит от многих переменных, таких как длина цепи выбранного полимера, эффективность полимера, связывающегося с поверхностью везикул, и молярная концентрация и распределение частиц по размеру образца выделенных везикул. Например, полимер, инкубируемый с 100 нм экзосомами, можно использовать в концентрации приблизительно 8 мол.% или больше для обеспечения плотного покрытия и подходящей пост модификации характеристик везикул. Однако, нужно следить за тем, чтобы избежать избыточно высоких концентраций полимера, которые могут приводить к повреждению везикулярной мембраны из-за разрушающих действий, опосредованных детергентом, при более высоких концентрациях.The surface coating polymer typically has a low molecular weight, preferably less than 5 kDa, more preferably less than 4 kDa, more preferably less than 3 kDa, and most preferably 2 kDa to 3 kDa. In the specific examples illustrated below, the coating was formed by attaching approximately 2 kDa polymer chains to the surface of the vesicles. As a result, these chains do not provide steric distortion or mismatch with mucin chains that may occur in the mucosal layer of the lungs. The polymers are suitably included at a concentration that is sufficient to substantially neutralize the surface charge of the vesicles and prevent agglomeration or aggregation; such a dense coating will ensure that the conformation of the hydrophilic chains is in the optimum orientation/brush conformation. The required polymer concentration depends on many variables such as the chain length of the selected polymer, the efficiency of the polymer binding to the surface of the vesicles, and the molar concentration and particle size distribution of the isolated vesicle sample. For example, a polymer incubated with 100 nm exosomes can be used at a concentration of about 8 mole % or more to provide dense coverage and suitable post-modification of vesicle characteristics. However, care must be taken to avoid excessively high polymer concentrations, which can lead to damage to the vesicular membrane due to detergent-mediated disruptive actions at higher concentrations.

Везикулы по изобретению обычно имеют размер в интервале 20-1000 нм, боле подходящим образом в интервале до 300 нм. Экзосомы обычно имеют размер в интервале 30-150 нм, и микровезикулы обычно имеют размер в интервале 100-1000 нм. Обычно, экзосомы по изобретению с поверхностным покрытием имеют размер в интервале вплоть до 200 нм, предпочтительно 20-200 нм и наиболее предпочтительно 30-180 нм. Размеры могут быть измерены, используя методики динамического рассеяния света (Degiorgio, V., et al., 1979) или анализ траекторий наночастиц (NTA, от англ. па no particle tracking analysis), используемый в нижеприведенных примерах).The vesicles of the invention typically have a size in the range of 20-1000 nm, more suitably in the range up to 300 nm. Exosomes typically have a size in the range of 30-150 nm, and microvesicles typically have a size in the range of 100-1000 nm. Generally, the surface coated exosomes of the invention are in the size range up to 200 nm, preferably 20-200 nm and most preferably 30-180 nm. Dimensions can be measured using dynamic light scattering techniques (Degiorgio, V., et al., 1979) or nanoparticle tracking analysis (NTA, used in the examples below).

Как указано, предпочтительно везикулы происходят из мезенхимальной стволовой клетки, и, в связи с этим, имеют большое преимущество обладания присущими регенеративными и терапевтическими свойствами. Исследования показали, что немодифицированные МСК экзосомы и сами МСК демонстрируют антиапоптотическое, проангиогенное и противовоспалительное действие за счет множества факторов (например, микроРНК, мРНК, IncPHK, KGF (от англ. keratinocyte growth factor - фактор роста кератиноцитов), HGF (от англ. hepatocyte growth factor -фактор роста гепатоцитов), VEGF (от англ. vascular endothelial growth factor - фактор роста эндотелия сосудов), IGF-1 (от англ. insulin-like growth factor -инсулиноподобный фактор роста), TIMP3 (от англ. tissue inhibitor of metalloproteinase - тканевый ингибитор металлопротеиназ)) и за счет целого ряда механизмов (например, в результате поляризации макрофагов из провоспалительного фенотипа М1 в противовоспалительный фенотип М2, модуляции презентации антигена, модуляции высвобождения цитокинов, усиления гликолиза через АТФ-образующий ферментативный перенос и активации киназ выживания (например, ERK (от англ. extracellular signal-regulated kinase - киназа, регулируемая внеклеточными сигналами) и АКТ («АК» от англ. AKR mouse strain - линия мышей AKR, «Т» от англ. thymoma - тимома) посредством CD73), и за счет уменьшения активации комплемента с помощью CD59).As stated, preferably the vesicles are derived from a mesenchymal stem cell and therefore have the great advantage of having inherent regenerative and therapeutic properties. Studies have shown that unmodified MSC exosomes and MSCs themselves demonstrate anti-apoptotic, pro-angiogenic and anti-inflammatory effects due to many factors (for example, microRNA, mRNA, IncPHK, KGF (keratinocyte growth factor), HGF (hepatocyte growth factor, hepatocyte growth factor), VEGF (from the English vascular endothelial growth factor), IGF-1 (from the English insulin-like growth factor), TIMP3 (from the English tissue inhibitor of metalloproteinase - a tissue inhibitor of metalloproteinases)) and through a number of mechanisms (for example, as a result of polarization of macrophages from the pro-inflammatory M1 phenotype to the anti-inflammatory M2 phenotype, modulation of antigen presentation, modulation of cytokine release, increased glycolysis through ATP-forming enzymatic transfer and activation of survival kinases ( for example, ERK (from the English extracellular signal-regulated kinase - a kinase regulated by extracellular signals) and ACT ("AK" from the English. AKR mouse strain - a line of mice AKR, "T" from the English. thymoma - thymoma) through CD73), and by reducing complement activation through CD59).

Данные полезные действия могут быть усилены посредством добавления релевантного груза к везикуле, например, экзосомам. В действительности, каким бы ни был источник везикулы, груз может обеспечивать полезное терапевтическое действие.These benefits can be enhanced by adding relevant cargo to the vesicle, such as exosomes. In fact, whatever the source of the vesicle, the cargo can provide a beneficial therapeutic effect.

Везикулы, в частности экзосомы, могут также нести груз, подлежащий доставке к клеткам-мишеням. Предпочтительно, данный груз представляет собой микроРНК (miR) или анти-микроРНК (анти-miR). В качестве альтернативы, груз может представлять собой мРНК или другую эндогенную или экзогенную конструкцию нуклеиновой кислоты, сконструированную последовательность, химически модифицированную или синтетическую версию вышеуказанного, белок или фармацевтическую малую молекулу. Нуклеиновая кислота может иметь сконструированную последовательность или модифицированные пары оснований, и быть загружена в экзосомы посредством множества механизмов.Vesicles, in particular exosomes, can also carry cargo to be delivered to target cells. Preferably, the cargo is a microRNA (miR) or an anti-miRNA (anti-miR). Alternatively, the payload may be an mRNA or other endogenous or exogenous nucleic acid construct, an engineered sequence, a chemically modified or synthetic version of the foregoing, a protein, or a pharmaceutical small molecule. Nucleic acid can be of engineered sequence or modified base pairs, and be loaded into exosomes through a variety of mechanisms.

Везикулы также полезны в случае in vivo доставки в легкие CRISPR-CAS9 или других способов редактирования генов, поскольку внутриклеточная доставка к клеткам, расположенным под слизистым барьером, является проблемой, которая должна быть решена для удачного редактирования генов в случае респираторных заболеваний.Vesicles are also useful for in vivo pulmonary delivery of CRISPR-CAS9 or other gene editing techniques, since intracellular delivery to cells located below the mucosal barrier is a problem that must be solved for successful gene editing in the case of respiratory diseases.

В некоторых воплощениях изобретения мРНК hTERT и каталитическая субъединица фермента hTERT могут быть включены в экзосомы в результате лентивирусной hTERT-иммортализации EV-продуцирующих стволовых клеток, данные активные группировки полезны для борьбы со старением клеток в затронутых болезнью клетках-мишенях (например, клетки-предшественники альвеолярного эпителия АЕС2), которое является признаком ХОБЛ, ИЛФ (идиопатического легочного фиброза) и все больше и больше имеет отношение к другим заболеваниям легкого. Аналогично, другой большой компонент фермента теломераза, TERC (hTR), может быть включен в EV в виде молекулы РНК. Данные грузы будут действовать в клетках-мишенях с усилением возможностей EV стволовых клеток в регенеративной медицине. Важно, что данные эффекты будут временными и обратимыми в природе, поскольку они будут действовать в цитоплазме и не будут встраиваться в геном клеток-мишеней, что является важной особенностью регулирования, поскольку никакие продолжительные воздействия не будут доступны наблюдению в клетках-мишенях или в действительности любых дочерних клетках, образованных клетками-мишенями.In some embodiments of the invention, the hTERT mRNA and the catalytic subunit of the hTERT enzyme can be incorporated into exosomes as a result of lentiviral hTERT immortalization of EV-producing stem cells, these active moieties are useful in combating cell aging in diseased target cells (e.g., alveolar progenitor cells). epithelium AEC2), which is a hallmark of COPD, IPF (idiopathic pulmonary fibrosis) and increasingly related to other lung diseases. Similarly, the other major component of the telomerase enzyme, TERC (hTR), can be incorporated into EV as an RNA molecule. These cargoes will act in target cells to enhance the potential of EV stem cells in regenerative medicine. It is important that these effects will be transient and reversible in nature as they will act in the cytoplasm and will not integrate into the genome of the target cells, which is an important feature of the regulation since no lasting effects will be observable in the target cells or indeed any daughter cells formed by target cells.

МикроРНК (miR) представляют собой малые некодирующие молекулы РНК, обычно содержащие порядка 20-25 нуклеотидов, обнаруженные в растениях, животных и некоторых вирусах, которые главным образом функционируют в РНК-сайленсинге и посттранскрипционной регуляции экспрессии генов. miR функционируют посредством спаривания оснований с комплементарными последовательностями в пределах молекул мРНК и являются ключевыми регуляторами экспрессии генов. Груз может также представлять собой анти-miR или антагомиры (антаго-miR). Груз может быть подобран для применимости к состоянию, подлежащему лечению, или модуляции экспрессии генов в конкретном типе клеток-мишеней. Обычно, состояния или болезненные состояния приводят к повышающей регуляции одних miR и понижающей регуляции других miR. Когда miR подвергается понижающей регуляции, лечение с заменой данной miR может быть эффективным, в то время как в том случае, когда miR подвергается повышающей регуляции, может быть эффективным предоставление анти-miR или антагомира.MicroRNAs (miRs) are small non-coding RNA molecules, typically on the order of 20-25 nucleotides, found in plants, animals, and some viruses that primarily function in RNA silencing and post-transcriptional regulation of gene expression. miRs function by base pairing with complementary sequences within mRNA molecules and are key regulators of gene expression. The load may also be anti-miR or antagonisms (antago-miR). The load can be tailored to suit the condition being treated or to modulate gene expression in a particular target cell type. Typically, conditions or disease states result in upregulation of some miRs and downregulation of other miRs. When the miR is down-regulated, replacement treatment for that miR may be effective, while when the miR is up-regulated, it may be effective to provide an anti-miR or an antagonist.

Грузы EV могут представлять собой другие некодирующие последовательности нуклеиновых кислот, которые могут менять экспрессию генов в пораженных заболеванием клетках-мишенях. Например, длинные некодирующие РНК или кольцевые РНК (эндогенные или искусственно сконструированные), которые могут действовать как «губки» или «швабры» микроРНК, таким образом, оказывая анти-miR действия; малые интерферирующие РНК или короткие шпилечные РНК, для нокдауна конкретного гена; и piwi-взаимодействующие РНК для сайленсинга гена или транспозона, имеющего отношение к заболеванию.EV cargoes can be other non-coding nucleic acid sequences that can alter gene expression in diseased target cells. For example, long non-coding RNAs or circular RNAs (endogenous or artificially engineered) that can act as "sponges" or "mops" of microRNAs, thus exerting anti-miR activities; small interfering RNAs, or short hairpin RNAs, to knock down a specific gene; and piwi interacting RNAs for silencing a gene or transposon relevant to a disease.

Когда груз представляет собой miR, и лечение предназначено для ХОБЛ, предпочтительно груз выбран из одной или более из: miR-125b-5p, miR-125b-1-3p, miR-513a-5p, miR-34c, miR-452, miR-146a, Let-7c, miR-576-3р, miR-513a-3p, miR-923, miR-937, miR-422a, miR-25, miR-99b, miR-24 и miR-187. Более предпочтительно, miR выбрана из miR-125b-5p, miR-125b-1-3p и miR-513a-5p, которые представляют новые генетические мишени для купирования заболевания. Выбранные микроРНК, hsa-miR-125b-5p, hsa-miR-125b-1-3p и hsa-miR-513a-5p, представляют собой ключевые регуляторы в ХОБЛ, нацеленные на важные гены, участвующие в ХОБЛ-патогенезе. Данные miR недостаточно экспрессируются у курильщиков с ХОБЛ, по сравнению с курильщиками без ХОБЛ, и, как известно, нацелены на и подвергают понижающей регуляции несколько важных мРНК в результате взаимодействий микроРНК-мишень (MTI - от англ. micro RNA-Target-Interact ion), которые участвуют в патогенезе заболевания.When the payload is miR and the treatment is for COPD, preferably the payload is selected from one or more of: miR-125b-5p, miR-125b-1-3p, miR-513a-5p, miR-34c, miR-452, miR -146a, Let-7c, miR-576-3p, miR-513a-3p, miR-923, miR-937, miR-422a, miR-25, miR-99b, miR-24 and miR-187. More preferably miR is selected from miR-125b-5p, miR-125b-1-3p and miR-513a-5p, which represent novel genetic targets for disease management. The selected microRNAs, hsa-miR-125b-5p, hsa-miR-125b-1-3p and hsa-miR-513a-5p, are key regulators in COPD targeting important genes involved in COPD pathogenesis. These miRs are underexpressed in COPD smokers compared to non-COPD smokers and are known to target and downregulate several important mRNAs through microRNA-Target-Interactions (MTIs). that are involved in the pathogenesis of the disease.

Конкретно, микроРНК 125b-5р представляет собой подходящий груз и, как было показано, нацелена на и подвергает понижающей регуляции следующие важные гены, ассоциированные с ХОБЛ:Specifically, miRNA 125b-5p is a suitable cargo and has been shown to target and down-regulate the following important COPD-associated genes:

[1] ADAMTS4 (Aggrecanase-1) в исследованиях остеоартритических хондроцитов человека. ADAMTS4 представляет собой протеолитический фермент, участвующий в разборке внеклеточного матрикса и является наиболее сверхэкспрессируемой мРНК (увеличение в 8,91 раз) у курильщиков с ХОБЛ в сравнении с курильщиками без ХОБЛ. Кроме того, показано, что ADAMTS4 является антиангиогенным за счет связывания VEGF, понижающая регуляция ADAMTS4 может, таким образом, помогать в регенерации ангиогенеза альвеолярных компартментов; [2] SFRP5, антагонист WNT, чьи уровни, как было обнаружено, значимо выше при ХОБЛ, по сравнению со здоровыми контролями;[1] ADAMTS4 (Aggrecanase-1) in human osteoarthritic chondrocyte studies. ADAMTS4 is a proteolytic enzyme involved in the disassembly of the extracellular matrix and is the most overexpressed mRNA (8.91-fold increase) in COPD smokers compared to non-COPD smokers. In addition, ADAMTS4 has been shown to be anti-angiogenic through VEGF binding, downregulation of ADAMTS4 may thus aid in the regeneration of alveolar compartment angiogenesis; [2] SFRP5, a WNT antagonist, whose levels were found to be significantly higher in COPD compared to healthy controls;

[3] DKK3, notch-антагонист, чья понижающая регуляция может помогать регенерации альвеол;[3] DKK3, a notch antagonist whose downregulation may aid alveolar regeneration;

[4] уровень экспрессии EGFR (от англ. Epidermal Growth Factor Receptor -рецептор эпидермального фактора роста) в клетках бронхиального эпителия значимо выше у курильщиков, по сравнению со здоровыми контролями, и также выше у курильщиков с ХОБЛ, по сравнению с курильщиками без ХОБЛ. EGFR играет важную роль в регуляции продуцирования слизи и гиперплазии бокаловидных клеток в дыхательном эпителии;[4] the expression level of EGFR (Epidermal Growth Factor Receptor) in bronchial epithelial cells is significantly higher in smokers compared to healthy controls, and also higher in smokers with COPD than in smokers without COPD. EGFR plays an important role in the regulation of mucus production and goblet cell hyperplasia in the respiratory epithelium;

[5] Рецептор для IL-6 (от англ. interleukin - интерлейкин) (IL6R), широко известный ключевой путь воспаления при ХОБЛ;[5] Receptor for IL-6 (from the English. interleukin - interleukin) (IL6R), a well-known key pathway of inflammation in COPD;

[6] ММР13, член подсемейства коллагеназ ММР (от англ. matrix metalloproteinase - матричная металлопротеиназа), который, как было показано, подвергается повышающей регуляции в альвеолярных макрофагах при ХОБЛ и альвеолярных клетках типа II. ММР13 участвует как главный медиатор патогенеза заболевания в ответ на сигаретный дым и воздействие вируса гриппа PR8 в животной модели обострений ХОБЛ;[6] MMP13, a member of the MMP (matrix metalloproteinase) collagenase subfamily, has been shown to be upregulated in COPD alveolar macrophages and type II alveolar cells. MMP13 is involved as the main mediator of disease pathogenesis in response to cigarette smoke and exposure to the PR8 influenza virus in an animal model of COPD exacerbations;

[7] ANGPT2, антагонист ANGPT1 (ангиопоэтин). ANGPTL1 имеет пониженные уровни при запущенной ХОБЛ в сравнении со стабильной фазой/нормальными уровнями (ассоциированэ с сосудистой регрессией, уровни сильно коррелируют с потерей функции легкого);[7] ANGPT2, an antagonist of ANGPT1 (angiopoietin). ANGPTL1 has reduced levels in advanced COPD compared to stable phase/normal levels (associated with vascular regression, levels highly correlated with loss of lung function);

[8] АРС (от англ. adenomatous polyposis coli - аденоматозный полипоз кишечника), регулятор сигнального пути WNT, ингибирующий, поскольку АРС является компонентом комплекса разрушения бета-катенина;[8] APC (from the English. adenomatous polyposis coli - adenomatous intestinal polyposis), a regulator of the WNT signaling pathway, inhibitory, since APC is a component of the beta-catenin destruction complex;

[9] МАРК14 (ингбирование Р38 является перспективным в клинических испытаниях по ХОБЛ); и[9] MAPK14 (P38 inhibition is promising in COPD clinical trials); And

[10] Разные другие мишени, которые сильно ассоциированы с ХОБЛ: SGPL1, BMPR1B, BTG2, СЕВРА, Fas, FGFR2, FZD6, GLI1, НК2, HMGA1, HMGA2, IGF1R, IGF2, ММР2, ММР26, MUC1, SMAD4, STAT3, TNF, TNFAIP3, ТР53 и BCL2 - про- и антиапоптозные медиаторы, соответственно, а ВАК1, ВС1_2-антагонист/киллер 1, также представляет собой мишень, TP53INP1, VDR, ERBB2 и ERBB3.[10] Various other targets that are strongly associated with COPD: SGPL1, BMPR1B, BTG2, CEBRA, Fas, FGFR2, FZD6, GLI1, HK2, HMGA1, HMGA2, IGF1R, IGF2, MMP2, MMP26, MUC1, SMAD4, STAT3, TNF , TNFAIP3, TP53, and BCL2 are pro- and anti-apoptotic mediators, respectively, while BAK1, a BC1_2 antagonist/killer 1, is also a target, TP53INP1, VDR, ERBB2, and ERBB3.

Кроме того, усиленная экспрессия miR-125b-5p показала ослабление LPS-индуцированного острого повреждения легких и воспаления у мышей.In addition, upregulation of miR-125b-5p was shown to attenuate LPS-induced acute lung injury and inflammation in mice.

MiR-125b-1-3р является подходящим грузом и, как было показано, нацеливается на ХОБЛ-релевантные гены:MiR-125b-1-3p is a suitable payload and has been shown to target COPD-relevant genes:

[1] Повышенный уровень экспрессии TACSTD2 (aka TROP2) в базальных клетках дыхательных путей потенциально способствует ремоделированию дыхательных путей при ХОБЛ и ремоделированию дыхательных путей за счет повышенного уровня гиперплазии базальных клеток;[1] Increased expression of TACSTD2 (aka TROP2) in airway basal cells potentially promotes airway remodeling in COPD and airway remodeling through increased levels of basal cell hyperplasia;

[2] SGPL1, сфингозин-1-фосфат (S1P) деградирующий фермент с 4,5-кратным повышением уровня экспрессии в альвеолярных макрофагах при ХОБЛ в сравнении с контролями. Способствует дефектам альвеолярных макрофагов в фагоцитозе апоптотических клеток (эффероцитоз) при ХОБЛ;[2] SGPL1, sphingosine-1-phosphate (S1P) degrading enzyme with a 4.5-fold increase in expression level in alveolar macrophages in COPD compared with controls. Promotes defects in alveolar macrophages in the phagocytosis of apoptotic cells (efferocytosis) in COPD;

[3] FRZB, антагонист WNT, чья понижающая регуляция, как ожидают, демонстрирует регенерирующее действие;[3] FRZB, a WNT antagonist whose downregulation is expected to show a regenerative effect;

[4] ТР53, повышенный уровень экспрессии проапоптотического Р53 в альвеолярных клетках типа II ХОБЛ. Таким образом, ожидается, что понижающая регуляция оказывает действие, способствующее выживанию, следует отметить, что 125b-5р также нацелена на Р53;[4] TP53, overexpression of pro-apoptotic P53 in COPD type II alveolar cells. Thus downregulation is expected to have a pro-survival effect, it should be noted that 125b-5p also targets P53;

[5] S1PR1 (адгезия клеток, иммуномодуляция);[5] S1PR1 (cell adhesion, immunomodulation);

[6] BIK, ускоряет программируемую смерть клеток;[6] BIK, accelerates programmed cell death;

[7] MTFP1;[7] MTFP1;

[8] МАР2К7, участвующий в ответах на окружающие условия/клеточных ответах;[8] MAP2K7 involved in environmental/cellular responses;

[9] BGLAP и [10] ITGA9.[9] BGLAP and [10] ITGA9.

MiR-513a-5p также представляет собой подходящий груз для везикул по изобретению, благодаря своим релевантным воздействиям на экспрессию гена ХОБЛ:MiR-513a-5p is also a suitable vesicle cargo of the invention due to its relevant effects on COPD gene expression:

[1] CBL-miR-513a-5p, как показано, нацеливается на CBL, негативно влияя на пути фосфоинозитид-3-киназы (PI3K)-AKT и ядерного фактора-кВ (NF-кВ) через их последующие гены, тирозинкиназа селезенки (SYK) и рецептор эпидермального фактора роста (EGFR). Повышенный уровень 513а-5р, таким образом, уменьшал секрецию цитокиновых факторов - интерлейкина (IL)-10, γ-интерферона (γ-IFN), фактора некроза опухоли-α (TNF-α - от англ. tumor necrosis factor alpha) и IL-12;[1] CBL-miR-513a-5p has been shown to target CBL, negatively affecting the phosphoinositide 3-kinase (PI3K)-AKT and nuclear factor-kB (NF-kB) pathways through their downstream genes, spleen tyrosine kinase ( SYK) and epidermal growth factor receptor (EGFR). Elevated levels of 513a-5p thus reduced the secretion of cytokine factors - interleukin (IL)-10, γ-interferon (γ-IFN), tumor necrosis factor-α (TNF-α - from the English tumor necrosis factor alpha) and IL -12;

[2] CB274 (лиганд программируемой смерти 1) При аде но карциномах легкого, ассоциированных с эмфизематозными буллами (ЕВ - от англ. emphysematous bullae), белок PD-L1 экспрессируется чаще, чем при аденокарциномах легкого без ЕВ. PD-L1 - иммунная контрольная точка не полностью изучена, но разрегулирована при ХОБЛ. Белок PD-L1 индуцируется в разных клетках нелимфоидной ткани, включая эпителиальные, эндотелиальные, гладкомышечные клетки, в ответ на воспалительные цитокины. Широко известные сопутствующие заболевания ХОБЛ и рак легкого делают CD274 мишенью, представляющей особый интерес;[2] CB274 (programmed death ligand 1) PD-L1 protein is expressed more frequently in adenocarcinomas of the lung associated with emphysematous bullae (EB) than in lung adenocarcinomas without EB. PD-L1 - The immune checkpoint is not fully understood but is deregulated in COPD. The PD-L1 protein is induced in various non-lymphoid tissue cells, including epithelial, endothelial, and smooth muscle cells, in response to inflammatory cytokines. The well-known comorbidities of COPD and lung cancer make CD274 a target of particular interest;

[3] miR-513a-5p имеет много дополнительных и интересных виртуально предсказанных мишеней для исследования (TargetScan 7.2): AGER (кодирует RAGE, с повышающей регуляцией при ХОБЛ, мыши RAGE КО демонстрируют пониженный уровень воспалительных реакций, и повышающая регуляция RAGE вызывает повышенный уровень апоптоза альвеолярных клеток); ADAM9 и INHBA (уровень aka Активин А, суперсемейство TGFB, повышен при ХОБЛ и ассоциирован с ограничением воздушного потока).[3] miR-513a-5p has many additional and interesting virtual predicted targets for investigation (TargetScan 7.2): AGER (encodes RAGE, upregulated in COPD, RAGE KO mice show reduced levels of inflammatory responses, and upregulation of RAGE causes increased levels of apoptosis of alveolar cells); ADAM9 and INHBA (aka Activin A, TGFB superfamily, elevated in COPD and associated with airflow limitation).

Кроме того, miR, идентифицированные в данном документе как подходящие для данного изобретения, продемонстрировали функциональное MTI (слабое) для гораздо большего количества ХОБЛ-ассоциированных генов.In addition, the miRs identified herein as being suitable for this invention have demonstrated functional MTI (weak) for a much larger number of COPD-associated genes.

Рак легкого представляет собой высоко значимое и смертельное сопутствующее заболевание ХОБЛ. Повышенный риск рака легкого, демонстрируемый индивидами с ХОБЛ, не зависит от стажа курения. В приведенных ниже примерах авторы изобретения нацелены на снижение риска рака легкого посредством модуляции miR-21-5p в пораженных ХОБЛ и окружающих тканях легкого, такое снижение уровня miR-21, как считают, способно снижать риск развития рака легкого у пациентов с ХОБЛ и будет достигнуто посредством генетической модификации стволовых клеток для сверхэкспрессии последовательности анти-miR к miR-21 (hsa-miR-21-5p), которая будет загружаться в EV. Ингибитор miR-21-5р представляет собой или короткую РНК с обратнокомплементарной последовательностью микроРНК, или он может принимать вид последовательности кольцевой РНК с несколькими сайтами связывания miR-21-5р и применением концевых последовательностей интрона для управления образованием кольцевой молекулы. В качестве альтернативы, встречающаяся в природе или модифицированная длинная некодирующая последовательность РНК может быть использована для достижения уменьшения уровня miR-21.Lung cancer is a highly significant and fatal comorbidity of COPD. The increased risk of lung cancer shown by individuals with COPD is independent of smoking history. In the examples below, the inventors aim to reduce the risk of lung cancer by modulating miR-21-5p in affected COPD and surrounding lung tissues, such a decrease in miR-21 levels is believed to be able to reduce the risk of developing lung cancer in patients with COPD and will be achieved by genetically modifying stem cells to overexpress an anti-miR to miR-21 sequence (hsa-miR-21-5p) that will be loaded into the EV. The miR-21-5p inhibitor is either a short RNA with a reverse complementary miRNA sequence, or it can take the form of a circular RNA sequence with multiple miR-21-5p binding sites and use of intron terminal sequences to drive the formation of the circular molecule. Alternatively, a naturally occurring or modified long non-coding RNA sequence can be used to achieve a reduction in miR-21 levels.

Когда груз представляет собой miR и лечение предназначено для CF, предпочтительно груз содержит miR-17 для уменьшения гипервоспаления в легком при CF. CF представляет собой мультисистемное заболевание, но подавляющее большинство осложнений и смертельных случаев встречаются из-за заболевания, связанного с легкими. Введение противовоспалительных экзосом МСК по изобретению с грузами в виде микроРНК подходит для существенного улучшения функции легких. Кроме того, ожидают, что экзосомы, доставляемые к легким, обладают степенью системного поглощения и системным действием за счет большой площади поверхности и сосудистой системы легких.When the cargo is miR and the treatment is for CF, preferably the cargo contains miR-17 to reduce hyperinflammation in the lung in CF. CF is a multisystem disease, but the vast majority of complications and deaths are due to lung-related disease. Administration of anti-inflammatory MSC exosomes of the invention with miRNA cargoes is suitable for a significant improvement in lung function. In addition, exosomes delivered to the lungs are expected to have a degree of systemic uptake and systemic action due to the large surface area and pulmonary vasculature.

Груз может дополнительно или в качестве альтернативы содержать мРНК. Когда лечение предназначено для CF, груз может представлять собой модифицированную мРНК CFTR. Например, модифицированная мРНК CFTR может включать мутантные или удаленные сайты связывания miR в отношении miR-101, miR-223, miR-494 и/или miR-509-3р, поскольку они подвергаются повышающей регуляции при CF и подавляют экспрессию CFTR. В качестве альтернативы, введенная мРНК CFTR может включать синтетические 3' и 5' UTR (от англ. untranslated region - нетранслируемая область), которые сконструированы таким образом, чтобы свободно экспрессироваться в большинстве типов клеток, и будут также лишены сайтов связывания miR, подвергающихся повышающей регуляции при указанном заболевании. Недавние исследования показали, что блокада сайтов-мишеней miR или сайт-направленный мутагенез в данных сайтах приводили к повышенному уровню экспрессии CFTR. Кроме того, модифицированная мРНК CFTR устойчива к in vivo внутриклеточной деградации, опосредованной микроРНК, и, вследствие этого, имеет более продолжительное время полужизни для продолжительной экспрессии CFTR in vivo. Кроме того, может достигаться усиленная эффективность, по сравнению с блокаторами сайтов-мишеней, поскольку функциональный белок CFTR будет транслироваться с кодирующей последовательности белка дикого типа, в отличие от спасения экспрессии эндогенной мутантной мРНК CFTR, которая будет вызывать клеточный стресс из-за реакций несвернутых белков.The shipment may additionally or alternatively contain mRNA. When the treatment is for CF, the cargo may be a modified CFTR mRNA. For example, modified CFTR mRNA may include mutated or deleted miR binding sites for miR-101, miR-223, miR-494, and/or miR-509-3p as they are upregulated in CF and downregulate CFTR expression. Alternatively, the introduced CFTR mRNA may include synthetic 3' and 5' UTRs (untranslated region) that are designed to be freely expressed in most cell types and will also lack upregulated miR binding sites. regulation in this disease. Recent studies have shown that blockade of miR target sites or site-directed mutagenesis at these sites resulted in increased levels of CFTR expression. In addition, the modified CFTR mRNA is resistant to in vivo miRNA-mediated intracellular degradation and therefore has a longer half-life for sustained in vivo expression of CFTR. In addition, enhanced efficacy compared to target site blockers can be achieved because the functional CFTR protein will be translated from the wild-type protein coding sequence, as opposed to saving the expression of endogenous CFTR mutant mRNA, which will cause cellular stress due to reactions of unfolded proteins. .

Когда экзосомы используют в лечении рака легкого, в частности аденокарциномы, груз может представлять собой одну или более из miR-126-3p, miR-218-5p, miR-486-5p, miR-145-5p, miR-338-3p, miR-195-5p, miR-143-3p, miR-139-5p, miR-126-5p, miR-144-3p, miR-34c-5p, miR-30a-3p, let-7c-5p, miR-451a, miR-1-3p и miR-133a-3p. Дополнительно или в качестве альтернативы, груз может представлять собой одну или более из анти-miR miR-21 -5р, miR-210-3p, miR-182-5p, miR-183-5p, miR-135b-5p, miR-9-3p, miR-96-5p, miR-205-5p, miR-31-5p, miR-708-5p, miR-196b-5p, miR-375, miR-345-5p, miR-200a-3p и miR-130b-3p.When exosomes are used in the treatment of lung cancer, in particular adenocarcinoma, the cargo may be one or more of miR-126-3p, miR-218-5p, miR-486-5p, miR-145-5p, miR-338-3p, miR-195-5p, miR-143-3p, miR-139-5p, miR-126-5p, miR-144-3p, miR-34c-5p, miR-30a-3p, let-7c-5p, miR- 451a, miR-1-3p and miR-133a-3p. Additionally or alternatively, the payload may be one or more of anti-miR miR-21-5p, miR-210-3p, miR-182-5p, miR-183-5p, miR-135b-5p, miR-9 -3p, miR-96-5p, miR-205-5p, miR-31-5p, miR-708-5p, miR-196b-5p, miR-375, miR-345-5p, miR-200a-3p and miR -130b-3p.

Другие подходящие грузы могут включать микроРНК или анти-miR, выбранные для лечения других заболеваний легкого, например, идиопатического легочного фиброза.Other suitable payloads may include microRNAs or anti-miRs chosen for the treatment of other lung diseases, such as idiopathic pulmonary fibrosis.

Композиции подходящим образом предложены в виде суспензий или коллоидов для доставки в легкие посредством аэрозолизации с использованием небулайзеров. Предпочтительно суспензии или коллоиды представлены на водной основе. Композиции могут также включать другие фармацевтически приемлемые вспомогательные вещества, такие как соли, поверхностно-активные вещества, стабилизаторы, консерванты, крио протекторы, буферные и рН-регулирующие средства, но не ограниченные ими.The compositions are suitably provided as suspensions or colloids for delivery to the lungs by aerosolization using nebulizers. Preferably the suspensions or colloids are water-based. The compositions may also include, but are not limited to, other pharmaceutically acceptable excipients such as salts, surfactants, stabilizers, preservatives, cryoprotectants, buffers, and pH adjusters.

Композиции по изобретению предназначены для образования аэрозолей, содержащих капли, которые могут быть доставлены к легкому пациента. Подходящие размеры и устройства, образующие аэрозоль, известны в данной области, и аэрозоли обычно содержат капли размером 10 мкм и меньше. Превращенные в аэрозоль капли больше 5 мкм обычно считаются слишком большими для респираторной доставки в условиях нормального дыхания. Для достижения и прилипания к бронхиальным и альвеолярным клеткам капли аэрозоля являются очень подходящими в интервале 1-5 мкм, а именно аэрозоль включает капли в данном интервале. Знакомым сданной областью будет понятно, что капли больше чем 5 мкм в диаметре могут осаждаться в желательных областях легкого, когда соответствующие ограничения накладываются на скорости инспираторного потока и скорости аэрозоля. Большие по размеру капли, будучи сферическими, несут гораздо больший объем, чем меньшие по размеру капли, например, капля диаметром 10 мкм имеет в тысячу раз больший объем (и, следовательно, емкость загрузки дозы), чем капля диаметром 1 мкм. Нацеливание осаждения аэрозоля в желательной области легкого можно эффективно контролировать посредством варьирования устройства доставки аэрозоля и параметров композиции, влияя подходящим образом на размер капель аэрозоля и скорости ингаляционного потока. Размер капли аэрозоля может быть измерен, например, посредством значений масс-медианного аэродинамического диаметра (MMAD - от англ. mass median aerodynamic diameter), которые определены как диаметр аэрозоля, при котором 50% частиц по массе больше, и 50% - меньше.The compositions of the invention are designed to form aerosols containing droplets that can be delivered to the patient's lung. Suitable sizes and aerosol generating devices are known in the art, and aerosols typically contain droplets of 10 microns or less. Aerosolized droplets larger than 5 µm are generally considered too large for respiratory delivery under normal breathing conditions. For reaching and adhering to bronchial and alveolar cells, aerosol droplets are very suitable in the range of 1-5 μm, namely the aerosol includes droplets in this range. Those familiar with the field will appreciate that droplets larger than 5 µm in diameter can be deposited in desirable areas of the lung when appropriate limits are placed on inspiratory flow rates and aerosol rates. Larger droplets, being spherical, carry a much larger volume than smaller droplets, for example, a 10 µm diameter droplet has a thousand times the volume (and hence dose loading capacity) than a 1 µm diameter droplet. The targeting of aerosol deposition in the desired region of the lung can be effectively controlled by varying the aerosol delivery device and formulation parameters, suitably influencing the aerosol droplet size and inhalation flow rate. Aerosol droplet size can be measured, for example, by means of mass median aerodynamic diameter (MMAD) values, which are defined as the aerosol diameter at which 50% of particles are larger by mass and 50% are smaller.

Для достижения удачной аэрозолизации обычно предпочтительно, чтобы вязкость коллоида или суспензии не была слишком высокой; данные параметры, однако, также зависят от типа и модели устройства. Предпочтительно, вязкость должна быть меньше чем 6 сП, например, меньше чем 4 сП, более предпочтительно меньше чем 3 сП и наиболее предпочтительно меньше чем 2 сП. Когда коллоид или суспензия слишком вязкие, способ аэрозолизации может приводить к пенообразованию и разбрызгиванию и, таким образом, значимо уменьшать аэрозолизацию, или если образованием аэрозоля возможно, образующиеся капли могут быть слишком маленькими для полезного осаждения в отношении предполагаемой области легкого. Равным образом, когда частицы в суспензии или коллоиде имеют тенденцию к агрегированию или агломерации, тогда агрегированные частицы не аэрозолизируются, а могут, напротив, оставаться в коллоиде или суспензии возрастающей концентрации в резервуаре небулайзера. Это, в таком случае, приводит к увеличению вязкости суспензии или коллоида и неспособности к аэрозолизации или уменьшениям в доставляемой дозе. Свободные везикулы, включая экзосомы, имеют ярко выраженную тенденцию к агрегации или агломерации, образуя вязкий коллоид или суспензию и, таким образом, не могут быть эффективно аэрозолизированы. Однако, обнаружено, что везикулы по изобретению, имеющие покрытие из гидрофильного полимера, демонстрируют значимо уменьшенную тенденцию к агрегированию и агломерации. В результате может быть образован коллоид или суспензия подходящей вязкости, и предложенные в данном документе везикулы с покрытием могут быть успешно аэрозолизированы.In order to achieve successful aerosolization, it is generally preferred that the viscosity of the colloid or suspension is not too high; these options, however, also depend on the type and model of the device. Preferably, the viscosity should be less than 6 centipoise, such as less than 4 centipoise, more preferably less than 3 centipoise, and most preferably less than 2 centipoise. When the colloid or suspension is too viscous, the aerosolization method may result in foaming and splashing and thus significantly reduce aerosolization, or if aerosolization is possible, the resulting droplets may be too small to be usefully deposited in relation to the intended lung area. Likewise, when the particles in suspension or colloid tend to aggregate or agglomerate, then the aggregated particles are not aerosolized, but may, on the contrary, remain in the colloid or suspension of increasing concentration in the nebulizer reservoir. This, then, results in an increase in the viscosity of the suspension or colloid and an inability to aerosolize or a decrease in delivered dose. Free vesicles, including exosomes, have a pronounced tendency to aggregate or agglomerate, forming a viscous colloid or suspension, and thus cannot be effectively aerosolized. However, it has been found that the vesicles of the invention coated with a hydrophilic polymer show a significantly reduced tendency to aggregate and agglomerate. As a result, a colloid or suspension of suitable viscosity can be formed and the coated vesicles provided herein can be successfully aerosolized.

Размер образованных аэрозольных капель обычно обратно пропорционален вязкости распыляемой композиции. Вязкость наноразмерных коллоидных систем, таких как композиции экзосом, резко возрастает, поскольку объемная доля экзосом возрастает. Как упомянуто ранее, стерическая стабилизация везикул по изобретению может значимо ослаблять данный эффект. Данный эффект может быть использован для содействия осаждению аэрозоля образованных аэрозолей в целевой области легкого, когда меньшие по размеру капли (с постоянной скоростью и скоростью инспираторного потока) будут осаждаться в малых дыхательных путях и периферических/дистальных областях легкого, и большие по размеру капли будут иметь более центральную картину осаждения. Например, в случае кистозного фиброза картина центрального осаждения аэрозоля является желательной, нацеливаясь на области бронхов и крупные дыхательные пути, в которых не происходит газообмен. Напротив, в случае эмфиземы, дистальные альвеолярные области и малые дыхательные пути являются главными областями, представляющими интерес, и предпочтительны распределения по размерам меньших по размеру капель.The size of the formed aerosol droplets is usually inversely proportional to the viscosity of the sprayed composition. The viscosity of nanoscale colloidal systems, such as exosome compositions, increases dramatically as the volume fraction of exosomes increases. As mentioned earlier, the steric stabilization of the vesicles of the invention can significantly attenuate this effect. This effect can be used to promote aerosol deposition of generated aerosols in the target region of the lung, where smaller droplets (at a constant rate and inspiratory flow rate) will be deposited in the small airways and peripheral/distal regions of the lung, and larger droplets will have more central pattern of deposition. For example, in the case of cystic fibrosis, a central aerosol deposition pattern is desirable, targeting areas of the bronchi and large airways where gas exchange does not occur. In contrast, in the case of emphysema, the distal alveolar regions and small airways are the main areas of interest, and smaller droplet size distributions are preferred.

Аэрозолизацию можно проводить, используя небулайзер. В небулайзерах используется кислород, сжатый воздух или газы и/или насадки или мощность ультразвука для того, чтобы разбить растворы, суспензии и коллоиды на мелкие капли, образуя аэрозоль, который можно вдыхать. Небулайзеры ранее конструировали таким образом, чтобы аэрозолизировать малые молекулы, и все имеющиеся в продаже типы являются успешными в этом, если лекарственное средство находится в растворе. Однако, используемый тип небулайзера более важен в случае больших по размеру биологических агентов, которые могут повреждаться небулайзерами, которые передают раствору, суспензии или коллоиду слишком много энергии и генерируют достаточно напряжения при гидродинамической нагрузке для подвергания биологических молекул усилию сдвига, что приводит к потере активности. Например, ультразвуковые небулайзеры абсолютно не подходят для доставки наносуспензий, и компрессорные небулайзеры вызывают непрерывную рециркуляцию аэрозоля, приводя к повторным сдвиговым напряжениям, которые могут повреждать биологические молекулы, такие небулайзеры также предпочтительно превращают в аэрозоль водный носитель, приводя к концентрированию композиции в резервуаре. «Мертвый объем» композиции, который не аэрозолизирован, а остается в резервуаре, обычно составляет 1 мл в компрессорных небулайзерах, и это абсолютно неприменимо и коммерчески нецелесообразно, исходя из перспективы стоимости товаров относительно передовых терапий, таких как композиции экзосом.Aerosolization can be carried out using a nebulizer. Nebulizers use oxygen, compressed air or gases and/or nozzles or ultrasound power to break up solutions, suspensions and colloids into small droplets, forming an aerosol that can be inhaled. Nebulizers have previously been designed to aerosolize small molecules, and all commercially available types are successful in doing so when the drug is in solution. However, the type of nebulizer used is more important in the case of large biological agents that can be damaged by nebulizers that transfer too much energy to the solution, suspension, or colloid and generate enough hydrodynamic stress to subject the biological molecules to shear, resulting in loss of activity. For example, ultrasonic nebulizers are absolutely unsuitable for delivering nanosuspensions, and compressor nebulizers cause continuous recirculation of the aerosol, resulting in repeated shear stresses that can damage biological molecules, such nebulizers also preferably aerosolize an aqueous carrier, resulting in concentration of the composition in the reservoir. The "dead volume" of a composition that is not aerosolized but remains in the reservoir is typically 1 ml in compressor nebulizers, and this is completely inapplicable and commercially impractical from a cost perspective relative to advanced therapies such as exosome formulations.

Из официально одобренных типов небулайзеров вибрационные меш-небулайзеры особенно подходят для доставки везикул, поскольку:Of the officially approved nebulizer types, vibrating mesh nebulizers are particularly suitable for vesicle delivery because:

1. капли только меняют фазу с жидкой на воздушную один раз при генерации капель (в сравнении с «повторным использованием» и повторными сдвиговыми напряжениями в компрессорных небулайзерах);1. drops only change phase from liquid to air once when droplets are generated (compared to "reuse" and repeated shear stresses in compressor nebulizers);

2. ультразвуковые небулайзеры не подходят для доставки наносуспензий;2. ultrasonic nebulizers are not suitable for delivering nanosuspensions;

3. вибрационные меш-небулайзеры могут быть приспособлены для эффективной доставки маленьких объемов композиций с минимальными остаточными «мертвыми» объемами; и3. vibrating mesh nebulizers can be adapted to efficiently deliver small volume formulations with minimal residual dead volumes; And

4. компрессорные небулайзеры могут предпочтительно превращать в аэрозоль растворитель и концентрировать остающуюся композицию в резервуаре.4. Compressor nebulizers may preferably aerosolize the solvent and concentrate the remaining composition in a reservoir.

Небулайзеры на основе поверхностных акустических волн (SAW - от англ. Surface Acoustic wave), которые генерируют поверхностные акустические волны на пьезоэлектрических чипах, как было показано, аэрозолизируют суспензии малоустойчивых молекул нуклеиновой кислоты, как например, вакцины на основе плазмидной ДНК, и стволовых клеток. Высокочастотный, маломощный механизм SAW-распыления является полезным для того, чтобы избегать минимального повреждения биологических молекул, включая нуклеиновые кислоты. SAW-небулайзеры более успешны в аэрозолизации более вязких растворов и суспензий, чем многие другие типы небулайзера, что делает их идеальными для аэрозолизации суспензий и коллоидов, образованных из водной смеси экзосом, в частности экзосом, имеющих поверхностное покрытие из гидрофильного полимера. Вязкость жидкости определяет, в некоторой степени, размер капель, образующихся посредством SAW-небулайзера. Однако, данные типы небулайзеров на сегодняшний день не одобрены какими-либо регулирующими органами для применений в клинических исследованиях.Surface acoustic wave (SAW) nebulizers, which generate surface acoustic waves on piezoelectric chips, have been shown to aerosolize suspensions of fragile nucleic acid molecules such as plasmid DNA vaccines and stem cells. The high frequency, low power SAW sputtering mechanism is useful in order to avoid minimal damage to biological molecules, including nucleic acids. SAW nebulizers are more successful at aerosolizing more viscous solutions and suspensions than many other types of nebulizer, making them ideal for aerosolizing suspensions and colloids formed from an aqueous mixture of exosomes, in particular exosomes coated with a hydrophilic polymer. The viscosity of the liquid determines, to some extent, the size of the droplets produced by the SAW nebulizer. However, these types of nebulizers have not yet been approved by any regulatory authority for use in clinical trials.

ПримерыExamples

Для того, чтобы помочь пониманию изобретения, конкретное воплощение с его вариантом теперь будет описано в качестве примера и со ссылкой на прилагаемые графические материалы, в которых:In order to aid the understanding of the invention, a particular embodiment with a variant thereof will now be described by way of example and with reference to the accompanying drawings, in which:

Фиг. 1А и 1 В представляют собой графики зависимости концентрации от размера неПЭГилированных и ПЭГилированных экзосом в анализе траекторий наночастиц (NTA);Fig. 1A and 1B are concentration versus size plots of non-PEGylated and PEGylated exosomes in nanoparticle trajectory analysis (NTA);

На Фиг. 2А и 2 В показано распределение дзета-потенциала ПЭГилированных и неПЭГилированных экзосом;On FIG. 2A and 2B show the zeta potential distribution of PEGylated and non-PEGylated exosomes;

Фиг. 3A-3F представляют собой серию изображений просвечивающей электронной микроскопии ПЭГилированных и неПЭГилированных экзосом;Fig. 3A-3F are a series of transmission electron microscopy images of PEGylated and non-PEGylated exosomes;

Фиг. 4A-3F представляют собой серию графиков по проточной цитометрии, показывающих мечение МСК и экзосом дальнекрасным красителем;Fig. 4A-3F are a series of flow cytometry plots showing labeling of MSCs and exosomes with far red dye;

Фиг. 5А-5С представляют собой изображения конфокальной микроскопии обработанных и необработанных экзосом, которые поступили в эпителиальные клетки бронхов при кистозном фиброзе, сперва проникнув через слизистый слой в культуре на границе раздела воздух-жидкость;Fig. 5A-5C are confocal microscopy images of treated and untreated exosomes that entered bronchial epithelial cells in cystic fibrosis by first penetrating the mucosal layer in air-liquid culture;

Фиг. 6а и 6b представляют собой показания анализа траекторий наночастиц в случае dPBS (от англ. Dulbecco's Phosphate Buffered Saline - фосфатно-солевой буферный раствор Дульбекко) и 30 нм наночастиц золота (Аи) в качестве контролей;Fig. 6a and 6b are nanoparticle trajectory analysis readings for dPBS (Dulbecco's Phosphate Buffered Saline) and 30 nm gold nanoparticles (Au) as controls;

Фиг. 7а и 7b представляют собой показания анализа траекторий наночастиц для Образца 1;Fig. 7a and 7b are nanoparticle trajectory analysis readings for Sample 1;

Фиг. 8а и 8b представляют собой показания анализа траекторий наночастиц для Образца 2;Fig. 8a and 8b are nanoparticle trajectory analysis readings for Sample 2;

Фиг. 9 представляет собой распределение согласно анализу траекторий наночастиц для Образца 3;Fig. 9 is the distribution according to the nanoparticle trajectory analysis for Sample 3;

Фиг. 10 представляет собой распределение согласно анализу траекторий наночастиц для Образца 4;Fig. 10 is the distribution according to the nanoparticle trajectory analysis for Sample 4;

Фиг.11 представляет собой распределение согласно анализу траекторий наночастиц для Образца 5;11 is a distribution according to the nanoparticle trajectory analysis for Sample 5;

Фиг. 12а и 12b представляют собой распределения согласно анализу траекторий наночастиц для Образца 6;Fig. 12a and 12b are the distributions according to the nanoparticle trajectory analysis for Sample 6;

Фиг. 13 представляет собой распределение согласно анализу траекторий наночастиц для Образца 7;Fig. 13 is the distribution according to the nanoparticle trajectory analysis for Sample 7;

Фиг. 14а представляет собой график, демонстрирующий показания измерения дзета-потенциала для ПЭГилированного и неПЭГилированного Образца 1;Fig. 14a is a graph showing zeta potential measurement readings for PEGylated and non-PEGylated Sample 1;

Фиг. 14b представляет собой график распределений интенсивности дзета-потенциала для трех отдельных измерений для ПЭГилированного Образца 1;Fig. 14b is a plot of zeta potential intensity distributions for three separate measurements for PEGylated Sample 1;

Фиг. 15а представляет собой график, демонстрирующий показания измерения дзета-потенциала для ПЭГилированного и неПЭГилированного Образца 2;Fig. 15a is a graph showing zeta potential measurement readings for PEGylated and non-PEGylated Sample 2;

Фиг. 15b представляет собой график, показывающий распределения интенсивности дзета-потенциала для трех отдельных измерений ПЭГилированного Образца 2;Fig. 15b is a graph showing zeta potential intensity distributions for three separate measurements of PEGylated Sample 2;

Фиг. 16 представляет собой график, показывающий средние значения дзета-потенциала для ПЭГилированного и неПЭГилированного Образца 4;Fig. 16 is a graph showing the mean zeta potential values for PEGylated and non-PEGylated Sample 4;

Фиг. 17 представляет собой график, показывающий средние значения дзета-потенциала для ПЭГилированного и неПЭГилированного Образца 5;Fig. 17 is a graph showing the mean zeta potential values for PEGylated and non-PEGylated Sample 5;

Фиг. 18а представляет собой график, демонстрирующий показания измерения дзета-потенциала для ПЭГилированного и неПЭГилированного Образца 6;Fig. 18a is a graph showing zeta potential measurement readings for PEGylated and non-PEGylated Sample 6;

Фиг. 18b представляет собой график распределений интенсивности дзета-потенциала для трех отдельных измерений для ПЭГилированного Образца 6;Fig. 18b is a plot of zeta potential intensity distributions for three separate measurements for PEGylated Sample 6;

Фиг. 19 представляет собой график, показывающий средние значения дзета-потенциала для ПЭГилированного и неПЭГилированного Образца 7;Fig. 19 is a graph showing the mean zeta potential values for PEGylated and non-PEGylated Sample 7;

На Фиг. 20 показана флуоресценция GFP (от англ. green fluorescent protein -зеленый флуоресцентный белок) для клеток ИМСК с трансдукцией EGFP(ot англ. enhanced green fluorescent protein - усиленный зеленый флуоресцентный белок)-CFTR; иOn FIG. 20 shows the fluorescence of GFP (from the English. green fluorescent protein - green fluorescent protein) for IMSC cells transduced with EGFP (from the English. enhanced green fluorescent protein - enhanced green fluorescent protein) -CFTR; And

На Фиг. 21 показана флуоресценция GFP для клеток hMCK с трансдукцией EGFP-отрицательным контролем;On FIG. 21 shows GFP fluorescence for hMCK cells transduced with EGFP-negative control;

На Фиг. 22 показаны CFTR-EGFP-позитивные МСК, сфотографированные на флуоресцентном микроскопе после посева клеток на предметные стекла, фиксации и окрашивания ядер DAPI (синий) при увеличении х10;On FIG. 22 shows CFTR-EGFP-positive MSCs photographed on a fluorescent microscope after seeding cells on glass slides, fixing and staining nuclei with DAPI (blue) at x10 magnification;

На Фиг. 23 показаны CFTR-EGFP-позитивные МСК, сфотографированные на флуоресцентном микроскопе после посева клеток на предметные стекла, при увеличении х10;On FIG. 23 shows CFTR-EGFP-positive MSCs photographed on a fluorescent microscope after seeding the cells on glass slides at x10 magnification;

На Фиг. 24 показаны CFTR-EGFP-позитивные МСК, сфотографированные на флуоресцентном микроскопе после посева клеток на предметные стекла, фиксации и окрашивания ядер DAPI (синий) при увеличении х20; иOn FIG. 24 shows CFTR-EGFP-positive MSCs photographed on a fluorescence microscope after seeding cells on glass slides, fixing and staining nuclei with DAPI (blue) at x20 magnification; And

На Фиг. 25 показаны CFTR-EGFP-позитивные МСК, сфотографированные на флуоресцентном микроскопе после посева клеток на предметные стекла при увеличении х20.On FIG. 25 shows CFTR-EGFP-positive MSCs photographed with a fluorescence microscope after seeding the cells on glass slides at x20 magnification.

Пример 1Example 1

Целями данного примера было выделить экзосомы из человеческих мезенхимальных стволовых клеток (hMCK) и эффективно модифицировать их поверхность низкомолекулярным пол иэтиленгли колем, модифицированным липидом (липид-ПЭГ), для улучшения свойств экзосом в отношении аэрозолизации и проникновения через слизь.The objectives of this example were to isolate exosomes from human mesenchymal stem cells (hMCK) and efficiently surface-modify them with low molecular weight lipid-modified poly and ethylene glycol (lipid-PEG) to improve the aerosolization and mucus penetration properties of the exosomes.

Флуоресцентное мечение hMCKFluorescent labeling of hMCK

Замороженные МСК костного мозга (Донор #163) размораживали перед тем, как их помещали непосредственно в 15 колб Т-175 (1×106 клеток в случае каждой колбы) в полные культуральные среды (ССМ, от англ. complete culture media), истощенные EV, с 10 нг/мл основного фактора роста фибробластов человека (bFGF - от англ. basic fibroblast growth factor), пересевали, когда они достигали 80-85%-ной конфлюэнтности. Клетки объединяли вместе перед тем, как их осаждали и ре суспендировал и в PBS, инкубировали в темноте с 2 мкг 1×106 клеток дальнекрасного красителя (возбуждение/испускание приблизительно 630/661 нм) (Cell Trace) в течение 20 мин при комнатной температуре (это осуществит мечение экзосом, поскольку дальнекрасный краситель метит белки цитоплазмы). После инкубации культуральные среды МСК добавляли для остановки реакции и дополнительно инкубировали в течение еще 5 мин перед осаждением клеток и ресуспендированием в EV-истощенной ССМ.Frozen bone marrow MSCs (Donor #163) were thawed before they were placed directly into 15 T-175 flasks (1×10 6 cells for each flask) in complete culture media (CCM), depleted EVs, with 10 ng/ml of basic human fibroblast growth factor (bFGF), were subcultured when they reached 80-85% confluency. Cells were pooled together before being pelleted and resuspended and in PBS, incubated in the dark with 2 µg of 1×10 6 far red cells (excitation/emission approx. 630/661 nm) (Cell Trace) for 20 min at room temperature (this will label exosomes as the far red dye labels cytoplasmic proteins). After incubation, MSC culture media were added to stop the reaction and were further incubated for another 5 min before cell sedimentation and resuspension in EV-depleted CCM.

Культура hMCK для выделения экзосомhMCK culture for exosome isolation

Меченные дальнекрасным красителем hMCK (Донор #163) культивировали в полной кондиционированной среде (ССМ - от англ. complete condition media), и экзосомы выделяли в соответствии с ранее опубликованными данными (Thery et al., 2006). Кратко, меченые МСК непосредственно высевали в 30 колб Т-175 (1×106 клеток в случае каждой колбы) в ССМ с 10 нг/мл основного фактора роста фибробластов человека (bFGF). Спустя 24 часа, среды из всех колб отбрасывали и заменяли свежими средами. За 3-4 суток клетки достигали 80%-ной конфлюэнтности, затем кондиционированные среды собирали из каждой колбы, и подсчитывали клетки из 5 колб, выбранных случайным образом. Кондиционированные среды из всех колб объединяли вместе перед выделением экзосом. Для выделения экзосом среды центрифугировали при 400 × g на протяжении 10 мин и 2000 × g на протяжении 30 мин для удаления обломков клеток и апоптотических телец, соответственно. После каждого вращения осадок отбрасывали, и использовали супернатант. Затем супернатант фильтровали с использованием 220 нм вакуум-фильтра для дополнительной очистки и хранили при 4°С до ультрацентрифугирования (Sorvall Discovery 100SE, Hitachi). Наконец, супернатант подвергали ультрацентрифугированию при 120000 × g в течение 75 мин для осаждения экзосом. Осадок ресуспенд провал и в PBS для промывки экзосом, крутили еще раз при той же высокой скорости, полученный осадок ре суспендировал и в 100 мкл PBS и хранили при -80°С до дальнейших экспериментов. Все стадии центрифугирования проводили при 4°С, и использовали стерильные пробирки.Far red labeled hMCK (Donor #163) were cultured in complete conditioned medium (CCM), and exosomes were isolated according to previously published data (Thery et al., 2006). Briefly, labeled MSCs were directly seeded into 30 T-175 flasks (1 x 10 6 cells for each flask) in CCM with 10 ng/ml basic human fibroblast growth factor (bFGF). After 24 hours, media from all flasks were discarded and replaced with fresh media. Within 3-4 days cells reached 80% confluence, then conditioned media were collected from each flask and cells were counted from 5 randomly selected flasks. Conditioned media from all flasks were pooled together before exosome isolation. To isolate exosomes, media were centrifuged at 400 x g for 10 min and 2000 x g for 30 min to remove cell debris and apoptotic bodies, respectively. After each rotation, the pellet was discarded and the supernatant was used. The supernatant was then filtered using a 220 nm vacuum filter for further purification and stored at 4° C. until ultracentrifuged (Sorvall Discovery 100SE, Hitachi). Finally, the supernatant was subjected to ultracentrifugation at 120,000 xg for 75 min to pellet the exosomes. The pellet was resuspended in PBS to wash the exosomes, swirled again at the same high speed, the resulting pellet was resuspended in 100 µl of PBS and stored at -80°C until further experiments. All centrifugation steps were performed at 4° C. and sterile tubes were used.

Модификация экзосом после выделения посредством дистеароилфосфатидилэтаноламина-полиэтиленгликоля (ДСФЭ-ПЭГ)Modification of exosomes after isolation with distearoylphosphatidylethanolamine-polyethylene glycol (DSPE-PEG)

Амин ДСФЭ-ПЭГ (2000) (Avanti Polar Lipids, Inc) приобретали в Sigma Aldrich (Wicklow, Ирландия). ПЭГилированные экзосомы получали на основе ранее опубликованных данных по получению ПЭГилированных липосом (Li and Huang et al., 2009). Конечный объем 300 мкл суспензии экзосом получали посредством смешивания 50 мкл концентрированной экзосомы с PBS и 37,8 мкл водного раствора ДСФЭ-ПЭГ (10 мг/мл) (конечная концентрация 1,26 мг ПЭГ в мл экзосомы). Образец затем инкубировали при 37°С в течение 1 ч и перемешивали на вибромешалке каждые 10 мин для предотвращения агрегации молекул ПЭГ или экзосом. После инкубации образец суспендировали в большем количестве PBS и, в конечном итоге, подвергали ультрацентрифугированию при 120000×g в течение 75 мин для отмывки несвязанных молекул ПЭГ. Затем осадок экзосом ресуспендировали в 50 мкл PBS и хранили при -80°С.Amine DSPE-PEG (2000) (Avanti Polar Lipids, Inc) was purchased from Sigma Aldrich (Wicklow, Ireland). PEGylated exosomes were prepared based on previously published data on the preparation of PEGylated liposomes (Li and Huang et al., 2009). A final volume of 300 μl exosome suspension was prepared by mixing 50 μl concentrated exosome with PBS and 37.8 μl aqueous DSPE-PEG solution (10 mg/ml) (final concentration 1.26 mg PEG per ml exosome). The sample was then incubated at 37°C for 1 h and stirred on a vibrating stirrer every 10 min to prevent aggregation of PEG molecules or exosomes. After incubation, the sample was suspended in more PBS and ultimately subjected to ultracentrifugation at 120,000×g for 75 min to wash out unbound PEG molecules. The exosome pellet was then resuspended in 50 μl PBS and stored at -80°C.

Анализ траекторий наночастиц (NTA)Nanoparticle Trajectory Analysis (NTA)

Образцы как ПЭГилированных, так и неПЭГилированных экзосом анализировали посредством анализа траекторий наночастиц (NTA) (Malven UK) с использованием системы запуска NTA NanoSight NS 500, версия 3.2, используя оптимизированные и утвержденные протоколы (Maguire et al., 2017, Hole et al., 2013, Gerlach et al., 2017). Все образцы анализировали, используя NanoSight NS 500, оснащенный лазером 405 нм и длинноволновым пропускающим фильтром 430 нм. Все образцы хранили на сухом льду перед анализом. Разведения для NTA выполняли в буфере DPBS (Gibco), который был сертифицирован как не содержащий частиц посредством NTA сразу перед измерением. Образцы перемешивали на вибромешалке непродолжительное время перед загрузкой для обеспечения достаточного перемешивания и разрушения слабо связанных кластеров экзосом. Каждый образец разводили вручную в PBS с получением оптимальной концентрации частиц, подходящей для NTA (от 20 до 70 экзосом на поле обзора), причем каждый фактор разведения записывали в автоматически генерируемых отчетах. В общей сложности шесть х 60-секундных видео записывали для каждого образца экзосом, и порог обнаружения во время анализа выбирали с обеспечением того, чтобы анализу подвергались только четко различимые нанообъекты, для обеспечения того, чтобы артефакты были удалены.Samples of both PEGylated and non-PEGylated exosomes were analyzed by nanoparticle trajectory analysis (NTA) (Malven UK) using the NTA NanoSight NS 500, version 3.2 launcher using optimized and validated protocols (Maguire et al., 2017, Hole et al., 2013, Gerlach et al., 2017). All samples were analyzed using a NanoSight NS 500 equipped with a 405 nm laser and a 430 nm long wavelength filter. All samples were stored on dry ice prior to analysis. Dilutions for NTA were made in DPBS buffer (Gibco) which was certified particle-free by NTA immediately prior to measurement. The samples were mixed on a vibratory mixer for a short time before loading to ensure sufficient mixing and destruction of loosely bound exosome clusters. Each sample was manually diluted in PBS to obtain the optimal particle concentration suitable for NTA (20 to 70 exosomes per field of view), with each dilution factor recorded in automatically generated reports. A total of six x 60 second videos were recorded for each exosome sample and the detection threshold during analysis was chosen to ensure that only clearly visible nanoobjects were analyzed to ensure that artifacts were removed.

Измерение дзета-потенциалаZeta Potential Measurement

Дзета-потенциал экзосом измеряли, используя Litesizer 500, светорассеивающий прибор для анализа частиц (Litesizer™ 500, Anton Paar Ltd, Великобритания). Дзета-потенциал измеряли в плоскости скольжения (15°) везикулы-экзосомы, и обеспечивали, чтобы концентрация частиц в каждом разведении была достаточно высокой для обеспечения достоверных измерений посредством генерирования средней выявляемой интенсивности света выше 20 ким пульсов/с.Exosome zeta potential was measured using Litesizer 500, a light scattering particle analyzer (Litesizer™ 500, Anton Paar Ltd, UK). The zeta potential was measured in the glide plane (15°) of the vesicle-exosomes, and it was ensured that the concentration of particles in each dilution was high enough to provide reliable measurements by generating an average detectable light intensity above 20 kim pulses/s.

Анализ образца экзосом на основе проточной цитометрии (со связыванием на шариках)Exosome sample analysis based on flow cytometry (with bead binding)

Для анализа на основе проточной цитометрии экзосомы (всего 2×109 частиц), выделенные из МСК, меченных дальнекрасным красителем, инкубировали с 10 мкл альдегидных латексных шариков (0 равен 4 мкм) в PBS в течение 15 мин при комнатной температуре без вращения. Затем образец смешивали с 950 мкл PBS и инкубировали в течение ночи при 4°С без вращения. Оставшиеся сайты связывания экзосома-шарики затем блокировали добавлением 1 М глицина в PBS в течение 30 мин при комнатной температуре. Образцы шариков, покрытых экзосомами, затем центрифугировали при 1700 RCF (от англ. relative centrifugal force - относительное центробежное ускорение) в течение 5 мин, и осадок ресуспендировали в 0,5% BSA (от англ. bovine serum albumin - бычий сывороточный альбумин) в растворе PBS. Образцы промывали 3 раза аналогичным образом и ресуспендировали в конечном объеме 1 мл 0,5% BSA в PBS. Затем образцы шариков, покрытых экзосомами, или конъюгировали с РЕ(от англ. phycoerythrin - фикоэритрин)-конъюгированным мышиным антителом против человеческого антитела, для выявления CD9, CD63 и CD81, или оставляли необработанными в качестве контроля. Изотипический контроль также делали посредством инкубации шариков, покрытых экзосомами, с РЕ-конъюгированным IgG1 к мыши, изотип 1 или 2. Все образцы затем анализировали с использованием BD FACS CANTO, и данные анализировали с использованием программного обеспечения FlowJo.For analysis based on flow cytometry, exosomes (total 2×10 9 particles) isolated from MSCs labeled with far red dye were incubated with 10 μl of aldehyde latex beads (0 = 4 μm) in PBS for 15 min at room temperature without rotation. Then the sample was mixed with 950 μl of PBS and incubated overnight at 4°C without rotation. The remaining exosome-bead binding sites were then blocked by adding 1 M glycine in PBS for 30 min at room temperature. The exosome-coated bead samples were then centrifuged at 1700 RCF (relative centrifugal force) for 5 min, and the pellet was resuspended in 0.5% BSA (bovine serum albumin) in PBS solution. Samples were washed 3 times in the same manner and resuspended in a final volume of 1 ml of 0.5% BSA in PBS. The exosome-coated bead samples were then either conjugated with PE-conjugated mouse anti-human antibody to detect CD9, CD63, and CD81, or left untreated as controls. Isotype controls were also made by incubating exosome-coated beads with PE-conjugated anti-mouse IgG1 isotype 1 or 2. All samples were then analyzed using BD FACS CANTO and data analyzed using FlowJo software.

Просвечивающая электронная микроскопия (ТЕМ)Transmission electron microscopy (TEM)

Морфологическое исследование и ПЭГилированных и неПЭГилированных экзосом проводили, используя электронный микроскоп (ЕМ - от англ. electron microscope). Экзосомы фиксировали 2%-ным параформальдегидом (PFA - от англ. paraformaldehyde), промывали трижды PBS перед адсорбцией на золотых сетках для ЕМ, 200 меш, покрытых формваровой пленкой/углеродом. Затем сетки для ЕМ блокировали PBS/50 мМ глицином и PBS/5% BSA перед их обработкой первичными мышиными антителами против человеческих антител либо к CD63 (кат. №sc5275, Santa Cruz), либо TSG-101 (кат. №sc7964, Santa Cruz) (только вторичный контроль за PBS/0,1% BSA) в течение ночи и с последующей обработкой на протяжении 30 мин вторичным антителом козы против мышиного IgG, конъюгированного с золотом (кат. №G7652, Sigma). Затем сетки фиксировали 1%-ным глутаральдегидом и инкубировали в 2% фосфорновольфрамовой кислоте в PBS для добавления контраста к мембране экзосомы. Затем сетки с экзосомами промывали в PBS и давали высохнуть на воздухе перед их анализом посредством ТЕМ (от англ. transmission electron microscopy - просвечивающая электронная микроскопия) микроскопа.Morphological study of both PEGylated and non-PEGylated exosomes was carried out using an electron microscope (EM). Exosomes were fixed with 2% paraformaldehyde (PFA), washed three times with PBS before being adsorbed onto 200 mesh gold EM grids coated with formvar film/carbon. EM meshes were then blocked with PBS/50 mM glycine and PBS/5% BSA prior to treatment with primary mouse anti-human antibodies to either CD63 (cat. no. sc5275, Santa Cruz) or TSG-101 (cat. no. sc7964, Santa Cruz). ) (PBS/0.1% BSA secondary control only) overnight and followed by 30 minutes of secondary goat anti-mouse IgG gold-conjugated antibody (Cat. No. G7652, Sigma). The meshes were then fixed with 1% glutaraldehyde and incubated in 2% phosphotungstic acid in PBS to add contrast to the exosome membrane. The exosome grids were then washed in PBS and allowed to air dry before being analyzed with a TEM (transmission electron microscopy) microscope.

Эксперименты по проникновению через слизь и клеточной интернализации с эпителиальными клетками кистозного фиброза, культивируемыми на границе раздела воздух-жидкостьMucus penetration and cellular internalization experiments with cystic fibrosis epithelial cells cultured at an air-liquid interface

Кистозный фиброз (CF) представляет собой генетическое заболевание, при котором нарушенная врожденная защита хозяина приводит к рецидивирующим тяжелым инфекциям дыхательных путей. Культуры клеток дыхательного эпителия (АЕСС - от англ. airway epithelial cell culture) на границе раздела воздух-жидкость подвергаются дифференцировке в клетки, обычно встречающиеся в эпителии бронхов (реснитчатые эпителиальные клетки и бокаловидные клетки) и продуцируют густую, вязкую дегидратированную слизь на апикальной поверхности, которая контактирует с воздухом. Модель границы раздела воздух-жидкость, таким образом, является точным повторением условий, с которыми генная терапия на основе доставки аэрозоля будет сталкиваться в фактическом легком, пораженным CF. Неожиданно, авторы изобретения обнаружили, что проникновение через слизь и клеточная интернализация достигались нанесением высоких концентраций необработанных экзосом на поверхность слизи культур ALI (от англ. air-liquid interface - граница раздела воздух-жид кость). 25 мкл обработанных экзосом и необработанных экзосом затем наносили на апикальную поверхность слизи культур ALI, причем доза обработанных экзосом приблизительно составляла половину дозы необработанных экзосом. (2,65Е плюс 0,7 экзосом на микролитр необработанного контроля и 1,22Е плюс 07 экзосом на микролитр обработанной исследуемой композиции). После 8 часов инкубации образцы 3 раза промывали PBS, фиксировали в 4% PFA и окрашивали фаллоидином (плотные контакты) и красителем Хехст (ядра).Cystic fibrosis (CF) is a genetic disorder in which compromised host innate defenses lead to recurrent severe respiratory tract infections. Airway epithelial cell culture (AEC) at the air-liquid interface differentiates into cells commonly found in bronchial epithelium (ciliated epithelial cells and goblet cells) and produces thick, viscous dehydrated mucus on the apical surface, which is in contact with air. The air-liquid interface model is thus an exact recapitulation of the conditions that aerosol-delivery-based gene therapy would encounter in an actual CF-affected lung. Surprisingly, the inventors found that mucus penetration and cellular internalization was achieved by applying high concentrations of untreated exosomes to the mucus surface of ALI (air-liquid interface) cultures. 25 μl of treated exosomes and untreated exosomes were then applied to the apical surface of the mucus of the ALI cultures, with the dose of treated exosomes approximately half the dose of untreated exosomes. (2.65E plus 0.7 exosomes per microliter of untreated control and 1.22E plus 07 exosomes per microliter of treated test composition). After 8 hours of incubation, samples were washed 3 times with PBS, fixed in 4% PFA, and stained with phalloidin (tight contacts) and Hoechst stain (nuclei).

Анализ на основе конфокальной флуоресцентной микроскопии посредством конфокального микроскопа Zeiss LSM 710. Сканирование для анализа xyz-изображений эпителиальных клеток в обработанных и необработанных образцах.Analysis based on confocal fluorescence microscopy with a Zeiss LSM 710 confocal microscope. Scan to analyze xyz images of epithelial cells in treated and untreated samples.

Результатыresults

Экзосомы, выделенные из МСК костного мозга человека, характеризовали, используя разные способы для количественной оценки их размера, для измерения их поверхностного заряда и для их идентификации в присутствии некоторых поверхностных маркеров. Как ПЭГилированные, так и неПЭГилированные экзосомы использовали для определения характеристик (за исключением проточной цитометрии). Авторы изобретения выделили экзосомы с использованием дифференциального ультрацентрифугирования, поскольку данный способ остается наиболее широко используемым стандартным способом выделения экзосом из разных биологических жидкостей или супернатантов клеточных культур (Chia et al., 2017, Chia et al., 2016, Thery et al., 2006). Анализ траекторий наночастиц (NTA) и неПЭГилированных и ПЭГилированных экзосом показал, что их средний размер составлял 143,2 плюс/минус 3,5 нм и 165,6 плюс/минус 6,0 нм, соответственно (Фиг. 1А и В). С другой стороны, когда молекулы ПЭГ, отдельно суспендированные в PBS, анализировали посредством NTA, они оказались не способны соответствовать критериям контроля качества. Это указывает на то, что число частиц, показанное в образце ПЭГилированных экзосом, не было артефактом, вызванным молекулами ПЭГ. Поскольку NTA измеряет гидродинамический диаметр частицы, измеренный диаметр обоих образцов экзосом, полученный посредством просвечивающей электронной микроскопии (ТЕМ, от англ. transmission electron microscopy), был меньше чем измеренный анализом NTA.Exosomes isolated from human bone marrow MSCs were characterized using various methods to quantify their size, to measure their surface charge, and to identify them in the presence of certain surface markers. Both PEGylated and non-PEGylated exosomes were used for characterization (with the exception of flow cytometry). The inventors isolated exosomes using differential ultracentrifugation, since this method remains the most widely used standard method for isolating exosomes from various biological fluids or cell culture supernatants (Chia et al., 2017, Chia et al., 2016, Thery et al., 2006) . Analysis of the trajectories of nanoparticles (NTA) and non-PEGylated and PEGylated exosomes showed that their average size was 143.2 plus/minus 3.5 nm and 165.6 plus/minus 6.0 nm, respectively (Fig. 1A and B). On the other hand, when PEG molecules separately suspended in PBS were analyzed by NTA, they failed to meet the quality control criteria. This indicates that the number of particles shown in the PEGylated exosome sample was not an artifact caused by PEG molecules. Since NTA measures the hydrodynamic particle diameter, the measured diameter of both exosome samples obtained by transmission electron microscopy (TEM) was smaller than that measured by NTA analysis.

Как показано анализом NTA, средний размер ПЭГилированных экзосом был немного выше, чем у неПЭГилированных экзосом. Данная разница в размере обусловлена включением молекул ПЭГ в поверхность экзосом. Кроме того, распределение дзета-потенциала измеряли, используя Litesizer 500. Поверхностный заряд измеряли множество раз, и дзета-потенциал неПЭГилированных экзосом составлял примерно -16,5 мВ, и у ПЭГилированных экзосом составлял примерно -2,6 мВ (Фиг. 2А и В). На оси у показана относительная частота, которая дает вероятность конкретного заряда, записанного на протяжении конкретного периода времени, - в данном случае заряд экзосомы был записан как 1000 кадров/минута. Это явно указывает на то, что экзосомы были эффективно ПЭГилированы, и наличие молекул ПЭГ на мембране экзосом почти нейтрализовало поверхностный заряд. Кроме того, поскольку образцы экзосом требовали дополнительной стадии ультрацентрифугирования для удаления избыточных молекул ПЭГ, фактическое число частиц после выделения экзосом может быть выше, чем число, полученное после процедуры ПЭГилирования. Анализ ТЕМ экзосом, меченных иммунозолотом, подтвердил наличие CD63 и TSG-101 маркеров (Фиг. 3), и наибольшая часть экзосом была размером меньше 100 нм. На Фиг. ЗА - 3F показаны изображения просвечивающей электронной микроскопии (ТЕМ) экзосом, меченных иммунозолотом (CD63 и TSG 101) (ПЭГилированных и неПЭГилированных) (черная линия, 100 нм). Как на Фиг. ЗА, так и на Фиг. ЗВ представлены только вторичные экзосомы контрольной группы, неПЭГилированные и ПЭГилированные, соответственно; На Фиг. ЗС представлены ПЭГилированные CD63 экзосомы; на Фиг. 3D представлены неПЭГилированные CD63 экзосомы; на Фиг. ЗЕ представлены ПЭГилированные TSG 101 экзосомы; и на Фиг. 3F представлены неПЭГилированные TSG101 экзосомы. Однако, число CD63 и TSG-101-меченных ПЭГилированных экзосом было значимо меньше, чем в случае неПЭГилированных экзосом, но они не демонстрировали какого-либо наблюдаемого изменения в морфологии. Это может указывать на эффективное ПЭГилирование поверхности экзосом, которое предотвращало связывание антител с их соответствующим антигеном. Кроме того, статус мечения и МСК и экзосом дальнекрасным красителем подтверждался анализом - проточной цитометрией (Фиг. 4). На Фиг. 4А-Е показано выявление Far-Red+(дальнекрасный краситель) МСК и экзосом, конъюгированных с шариками, посредством проточной цитометрии. На Фиг. 4А-4С показаны изображения шариков, покрытых Far-Red+экзосомами, и на Фиг. 4D и 4Е показаны Far-Red+позитивные МСК (популяция, дающих сигнал выше порогового значения). На Фиг. 4А показана популяция шариков (популяция, дающая сигнал выше порогового значения), и на Фиг. 4В и 4С показана популяция, дающая сигнал выше порогового значения, для шариков, покрытых Far-Red+экзосомами.As shown by NTA analysis, the average size of PEGylated exosomes was slightly higher than that of non-PEGylated exosomes. This difference in size is due to the incorporation of PEG molecules into the surface of exosomes. In addition, the zeta potential distribution was measured using the Litesizer 500. The surface charge was measured multiple times and the zeta potential of non-PEGylated exosomes was about -16.5 mV and that of PEGylated exosomes was about -2.6 mV (Fig. 2A and B ). The y-axis shows the relative frequency, which gives the probability of a particular charge being recorded over a particular time period - in this case, the exosome charge was recorded as 1000 frames/minute. This clearly indicates that the exosomes were effectively PEGylated, and the presence of PEG molecules on the exosome membrane almost neutralized the surface charge. In addition, since exosome samples required an additional ultracentrifugation step to remove excess PEG molecules, the actual number of particles after exosome isolation may be higher than the number obtained after the PEGylation procedure. TEM analysis of immunogold labeled exosomes confirmed the presence of CD63 and TSG-101 markers (FIG. 3), and most of the exosomes were less than 100 nm in size. On FIG. 3A-3F shows transmission electron microscopy (TEM) images of immunogold-labeled (CD63 and TSG 101) exosomes (PEGylated and non-PEGylated) (black line, 100 nm). As in FIG. FOR, and in Fig. Only the secondary exosomes of the control group, non-PEGylated and PEGylated, respectively, are represented in the pollutants; On FIG. GS are PEGylated CD63 exosomes; in FIG. 3D shows non-PEGylated CD63 exosomes; in FIG. 3E shows PEGylated TSG 101 exosomes; and in FIG. 3F shows non-PEGylated TSG101 exosomes. However, the number of CD63 and TSG-101-labeled PEGylated exosomes was significantly less than that of non-PEGylated exosomes, but they did not show any observable change in morphology. This may indicate effective PEGylation of the exosome surface, which prevented antibodies from binding to their respective antigen. In addition, the labeling status of both MSCs and exosomes with far red dye was confirmed by flow cytometry analysis (FIG. 4). On FIG. 4A-E show detection of Far-Red+ (far red dye) MSCs and bead-conjugated exosomes by flow cytometry. On FIG. 4A-4C show images of beads coated with Far-Red+exosomes, and FIG. 4D and 4E show Far-Red+positive MSCs (population signaling above threshold). On FIG. 4A shows the bead population (population signaling above the threshold), and FIG. 4B and 4C show the above threshold signaling population for Far-Red+exosome coated beads.

Таким образом, авторы изобретения эффективно модифицировали поверхность экзосом, происходящих из костного мозга человека, способом простой инкубации с низкомолекулярным ДСФЭ-ПЭГ. Авторы изобретения использовали ДСФЭ-ПЭГ (а именно, ПЭГ с поперечно сшитым липидом) для данного эксперимента для включения липидного фрагмента в бислой экзосом с заякориванием полимера.Thus, the inventors effectively modified the surface of exosomes derived from human bone marrow by a simple incubation method with low molecular weight DSPE-PEG. The inventors used DSPE-PEG (namely, lipid cross-linked PEG) for this experiment to incorporate a lipid moiety into the exosome bilayer with polymer anchoring.

В данном примере, авторы изобретения применяли способы «последующего включения», используемые для ПЭГилирования предварительно образованных липосом (Nag et al., 2013), для заякоривания полимера на поверхности экзосом после выделения экзосом посредством ультрацентрифугирования. В данном способе авторы изобретения смешивали суспензию флуоресцентно меченных экзосом с определенной концентрацией ДСФЭ-ПЭГ для обеспечения включения ПЭГ в мембрану экзосом. В препаратах липосом образцы обычно инкубируют при более высокой температуре для достижения более быстрого и максимального включения ПЭГ. Однако, условия более высокой температуры не совместимы с получением экзосом, поэтому авторы изобретения проводили процедуры ПЭГилирования при 37°С. ПЭГилированные и неПЭГилированные экзосомы характеризовали разными способами, и результаты авторов изобретения указывают на то, что поверхность экзосом модифицирована ПЭГ в ПЭГилированных образцах, на что указывает увеличение в среднем гидродинамическом диаметре, почти нейтрализованный поверхностный заряд и уменьшенный уровень TSG 101 и CD 63-позитивных экзосом, в сравнении с неПЭГилированными экзосомами.In this example, the inventors used "post-inclusion" methods used for PEGylation of preformed liposomes (Nag et al., 2013) to anchor the polymer to the surface of exosomes after exosome isolation by ultracentrifugation. In this method, the inventors mixed a suspension of fluorescently labeled exosomes with a certain concentration of DSPE-PEG to ensure the incorporation of PEG into the exosome membrane. In liposome preparations, samples are typically incubated at a higher temperature to achieve faster and maximum PEG incorporation. However, higher temperature conditions are not compatible with the production of exosomes, so the inventors carried out PEGylation procedures at 37°C. PEGylated and non-PEGylated exosomes were characterized in different ways, and the inventors' results indicate that the surface of the exosomes is PEG-modified in the PEGylated samples, as indicated by an increase in mean hydrodynamic diameter, an almost neutralized surface charge, and a reduced level of TSG 101 and CD 63-positive exosomes. compared to non-PEGylated exosomes.

Анализ образцов посредством конфокальной флуоресцентной микроскопии четко показывает, что ПЭГилированные экзосомы, окрашенные флуоресцентным дальнекрасным красителем, могли поглощаться эпителиальными клетками, лежащими под слоем слизи, при дозе, составляющей менее половины дозы неПЭГилированных контрольных экзосом. Это является высоко значимым улучшением, и улучшенные эффективности будут приводить к огромному уменьшению в объемах культур стволовых клеток, требуемых для получения видов лечения на основе экзосом. Локализация экзосом в областях, окружающих ядра клетки, также является очевидной, а именно, где расположен аппарат трансляции белка клетки, то есть на рибосоме, покрывающей эндоплазматический ретикулум. Степень клеточного поглощения явно предусматривает возможность того, что меньшие по размеру вирусные векторы могут полностью задерживаться в данных слоях слизи. Следовательно, изобретением предусмотрено, что модифицированные экзосомы будут способны модулировать экспрессию генов, например, введение лишь приблизительно 100 молекул микроРНК требуется для обеспечения выявляемых изменений в клетке. Аналогично, транскрипты мРНК, образующие белок в клетке, лишь в среднем приблизительно 40 транскриптов в случае белка CFTR, что также легко достижимо при интернализации экзосом клетками-мишенями, демонстрируемой данным изобретением.Analysis of samples by confocal fluorescence microscopy clearly shows that PEGylated exosomes stained with fluorescent far red dye could be taken up by epithelial cells underlying the mucus layer at a dose less than half that of non-PEGylated control exosomes. This is a highly significant improvement, and the improved efficiencies will result in a huge reduction in stem cell culture volumes required for exosome-based therapies. The localization of exosomes in areas surrounding the cell nuclei is also obvious, namely, where the cell's protein translation apparatus is located, that is, on the ribosome covering the endoplasmic reticulum. The degree of cellular uptake clearly provides for the possibility that smaller viral vectors may be completely retained in these mucus layers. Therefore, the invention contemplates that the modified exosomes will be able to modulate gene expression, for example, the introduction of only about 100 microRNA molecules is required to provide detectable changes in the cell. Similarly, the mRNA transcripts that form the protein in the cell only average about 40 transcripts in the case of the CFTR protein, which is also readily achievable with the internalization of exosomes by target cells demonstrated by the present invention.

В отношении Фиг. 5, эксперименты по проникновению через слизь и клеточной интернализации демонстрируют способность внеклеточных везикул с модулированной поверхностью, в частности экзосом, проходить через слизь и поступать в апикальные клетки. Ядро клеток окрашено фиолетовым, и клеточные мембраны могут быть идентифицированы по плотным контактам, окрашенным зеленым. Ясно, что красные пятна, а именно экзосомы, проникли в клетки и объединены в кластеры вокруг ядер. Таким образом, продемонстрирована данная способность ПЭГилированных экзосом.With reference to FIG. 5, mucus penetration and cellular internalization experiments demonstrate the ability of extracellular surface modulated vesicles, in particular exosomes, to pass through mucus and enter apical cells. The cell nucleus is stained purple and cell membranes can be identified by tight junctions stained green. It is clear that the red spots, namely the exosomes, have entered the cells and clustered around the nuclei. Thus, this ability of PEGylated exosomes has been demonstrated.

Фиг. 5А-5С представляют собой изображения конфокальной микроскопии культур высокодифференцированных эпителиальных клеток бронхов, пораженных кистозным фиброзом. 25 мкл экзосом наносили на поверхность слоев слизи, лежащих на поверхностях апикальных клеток, перед промывкой, фиксацией и окрашиванием образцов. Для Фиг. 5А 3,05×108 экзосом в 25 мкл PBS (экзосомы, обработанные для того, чтобы быть густо покрытыми ДСФЭ-ПЭГ2000, и с поверхностным зарядом -2,5 мВ) наносили на поверхность слоя слизи. Для Фиг. 5 В 6,63×108 экзосом в 25 мкл PBS (экзосомы представляют собой необработанные экзосомы, без модификации поверхности и поверхностным зарядом -19,5 мВ) наносили на поверхность слоя слизи. Как видно, сопоставимого проникновения через слизь и клеточной интернализации обработанных экзосом достигали с меньше чем половиной наносимых экзосом. Фиг. 5С представляет собой меченое увеличенное изображение, показывающее экзосомы в апикальных компартментах эпителиальных клеток и локализованные около ядер (эндоплазматический ретикулум и аппарат рибосомной трансляции белка).Fig. 5A-5C are confocal microscopy images of cultures of highly differentiated bronchial epithelial cells affected by cystic fibrosis. 25 µl of exosomes were applied to the surface of the mucus layers lying on the surfaces of the apical cells before washing, fixing and staining the samples. For Fig. 5A 3.05×10 8 exosomes in 25 μl PBS (exosomes treated to be thickly coated with DSPE-PEG 2000 and with a surface charge of -2.5 mV) were applied to the surface of the mucus layer. For Fig. 5 In 6.63×10 8 exosomes in 25 μl PBS (exosomes are untreated exosomes, no surface modification and a surface charge of -19.5 mV) were applied to the surface of the mucus layer. As can be seen, comparable mucus penetration and cellular internalization of treated exosomes was achieved with less than half of the applied exosomes. Fig. 5C is a labeled enlargement showing exosomes in the apical compartments of epithelial cells and localized near nuclei (endoplasmic reticulum and ribosomal protein translation apparatus).

Экзосомы со сконструированной поверхностью могут иметь полезное терапевтическое применение при доставке без какой-либо генетической модификации их содержаний, или генетическая модификация родительских клеток может оптимизировать содержания экзосом для доставки в клетки-мишени и лечения конкретных заболеваний. Планируют дополнительные исследования кинетики диффузии через слизь и клеточной интернализации, поскольку скорость доставки представляет собой важный фактор, который будет влиять на степень внутриклеточной доставки in vivo. Экзосомы с модифицированной поверхностью демонстрируют ускоренное поглощение, которое имеет значительную пользу для избегания механизмов мукоцилиарного клиренса, и это может быть продемонстрировано посредством сравнения кинетики проникновения равных «доз» экзосом с модифицированной и немодифицированной поверхностью, наносимых на поверхность слизи во множестве концентраций посредством видеоанализа на основе конфокальной микроскопии в реальном времени.Surface engineered exosomes may have a beneficial therapeutic application when delivered without any genetic modification of their contents, or genetic modification of parental cells may optimize the contents of exosomes for delivery to target cells and treatment of specific diseases. More studies are planned on the kinetics of diffusion through mucus and cellular internalization, as the rate of delivery is an important factor that will influence the degree of intracellular delivery in vivo. Surface-modified exosomes exhibit accelerated uptake that is of significant benefit in avoiding mucociliary clearance mechanisms, and this can be demonstrated by comparing the penetration kinetics of equal "doses" of surface-modified and unmodified exosomes applied to the mucus surface at multiple concentrations via confocal-based video analysis. microscopy in real time.

Требуемые дозы экзосом, которые нужны для доставки посредством аэрозоля, могут также быть приблизительно вычислены на основе экспериментов по проникновению через слизь in vitro. Известное число экзосом наносили на известную площадь поверхности эпителиальных клеток, покрытых слизью (60 мм2), и было продемонстрировано очень значимое поглощение эпителиальными клетками. Некоторые ключевые допущения:The required doses of exosomes needed for aerosol delivery can also be approximated based on in vitro mucus penetration experiments. A known number of exosomes were applied to a known surface area of mucus-coated epithelial cells (60 mm 2 ) and very significant uptake by the epithelial cells was demonstrated. Some key assumptions:

1. Вязкость данной концентрации композиции экзосом и достижимый выход аэрозоля при данной вязкости:1. Viscosity of a given concentration of the exosome composition and achievable aerosol yield at a given viscosity:

2. Данные экзосомы с сконструированной поверхностью будут проникать относительно быстро через слой слизи, что разумным образом дает основания предположить, что концентрация будет значительным образом влиять на это через диффузию, обусловленную концентрацией, и относительно сильно разбавленные композиции экзосом использовали в пилотных исследованиях (0,00063928% (об./об.) экзосом с модифицированной поверхностью).2. These surface engineered exosomes will permeate relatively quickly through the mucus layer, which would reasonably suggest that concentration would significantly affect this through concentration driven diffusion, and relatively highly diluted exosome formulations were used in pilot studies (0.00063928 % (v/v) surface-modified exosomes).

В следующей таблице проиллюстрирована емкость загрузки экзосомами капли аэрозоля разных размеров экзосомами, @ концентрация экзосом 1% (масс/об.):The following table illustrates the exosome loading capacity of an aerosol drop of different exosome sizes, @ 1% exosome concentration (w/v):

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Например, в случае кистозного фиброза, целевая область легкого представляет собой общую площадь поверхности дыхательных путей от трахеи до бронхиол, которая составляет приблизительно 2,471 плюс/минус 320 см2 в легком взрослого человека. Данная площадь поверхности могла быть обработана с использованием объема осажденного аэрозоля приблизительно 70 микролитров 1% (масс/об.) композиции экзосом.For example, in the case of cystic fibrosis, the target area of the lung is the total airway surface area from the trachea to the bronchioles, which is approximately 2.471 plus/minus 320 cm 2 in an adult lung. This surface area could be treated using a deposited aerosol volume of approximately 70 microliters of a 1% (w/v) exosome composition.

Площадь поверхности дистального легкого гораздо больше с приблизительно в 18 раз большим количеством альвеолярных клеток, чем эпителиальных клеток бронхов, и нацеливание на данную область является желательным, например, для лечения эмфиземы и идиопатического легочного фиброза. Ожидается, что уровень поглощения клетками экзосом гораздо выше в данных областях легкого за счет отсутствия слизистого барьера.The surface area of the distal lung is much larger with about 18 times more alveolar cells than bronchial epithelial cells, and targeting this area is desirable, for example, for the treatment of emphysema and idiopathic pulmonary fibrosis. It is expected that the level of absorption of exosomes by cells is much higher in these areas of the lung due to the absence of a mucosal barrier.

В заключение, авторы изобретения показали, что экзосомы были эффективно ПЭГилированы с использованием конъюгированного с липидом ПЭГ способом простой инкубации, и полученные экзосомы проникали через вязкую слизь CF и были интернализированы эпителиальными клетками, демонстрируя легочную платформу генной терапии на основе экзосом, или просто в качестве терапевтически полезных экзосом для лечения воспалительных заболеваний легкого.In conclusion, the inventors showed that exosomes were efficiently PEGylated using lipid-conjugated PEG by a simple incubation method, and the resulting exosomes penetrated the viscous CF mucus and were internalized by epithelial cells, demonstrating a pulmonary exosome-based gene therapy platform, or simply as a therapeutic useful exosomes for the treatment of inflammatory diseases of the lung.

ПЭГилирование также приводит к получению стерически стабилизированной композиции экзосом, которая обладает значительно уменьшенной вязкостью, по сравнению с неПЭГилированными композициями. Образование аэрозоля, содержащего такие экзосомы, обладающие густой гидрофильной «короной» для защиты от агломерации, вызываемой гидрофобным взаимодействием, следовательно, облегчено, что означает, что аэрозоли для доставки экзосом в приемлемой и полезной концентрации в настоящее время облегчены и доступны в более высоких концентрациях. Пэгилированные экзосомы демонстрируют улучшенное проникновение через слизь, причем данное свойство затем облегчает их прохождение через слизь легкого в ткань легкого, дополнительно усиливая эффективность пэгилированных экзосом в терапевтических применениях против заболевания легкого. Наконец, ПЭГилированные моноклональные антитела и наночастицы могут также демонстрировать усиленные «защитные» свойства, которые помогают им избежать поглощения и выведения фагоцитами, такими как альвеолярные макрофаги, которые находятся в увеличенном количестве при воспалительных заболеваниях легких.PEGylation also results in a sterically stabilized exosome composition that has a significantly reduced viscosity compared to non-PEGylated compositions. Formation of an aerosol containing such exosomes having a thick hydrophilic "crown" to protect against agglomeration caused by hydrophobic interaction is therefore facilitated, which means that aerosols to deliver exosomes at an acceptable and useful concentration are now facilitated and available at higher concentrations. PEGylated exosomes show improved mucus penetration, which property then facilitates their passage through lung mucus into lung tissue, further enhancing the effectiveness of PEGylated exosomes in therapeutic applications against lung disease. Finally, PEGylated monoclonal antibodies and nanoparticles may also exhibit enhanced "protective" properties that help them avoid uptake and clearance by phagocytes, such as alveolar macrophages, which are found in increased numbers in inflammatory lung diseases.

Таким образом, согласно изобретению предложены везикулы с покрытием, например, экзосомы, которые могут быть использованы в генной терапии для CF, ХОБЛ, аденокарциномы и других патологических состояний легкого.Thus, the invention provides coated vesicles, such as exosomes, which can be used in gene therapy for CF, COPD, adenocarcinoma, and other pathological conditions of the lung.

Пример 2Example 2

Цели данного примера заключались в том, чтобы показать, что модификация поверхности экзосом может быть эффективно достигнута, и что популяции генетически модифицированных мезенхимальных стволовых клеток, полученных посредством методов биоинженерии, сверхэкспрессирующих ген CFTr, могут быть успешно получены.The objectives of this example were to show that modification of the surface of exosomes can be efficiently achieved and that populations of genetically modified mesenchymal stem cells obtained by bioengineering techniques overexpressing the CFTr gene can be successfully generated.

Методики культивирования клеточных линий ВТ-20 и hMCKMethods for cultivating BT-20 and hMCK cell lines

Клетки ВТ-20, получаемые в виде эпителиальных клеток человека ВТ-20 от АТСС® НТВ-19™, культивировали в средах DMEM (от англ. Dulbecco modified Eagle's medium - среда Иглу, модифицированная по Дульбекко) с добавлением 10% FBS (от англ. Fetal Bovine Serum - фетальная телячья сыворотка) и 100 IU/мл пенициллина/стрептомицина в качестве полной кондиционированной среды (ССМ). Использовали человеческие мезенхимальные стволовые клетки, донор №096, клетки культивировали в среде MEM Alfa Gibco с 10% FBS и 100 IU/мл пенициллина/стрептомицина и 1 нг/мл основного фактора роста фибробластов человека (bFGF).BT-20 cells obtained as BT-20 human epithelial cells from ATCC® NTV-19™ were cultured in DMEM (Dulbecco modified Eagle's medium) supplemented with 10% FBS. Fetal Bovine Serum) and 100 IU/ml penicillin/streptomycin as complete conditioned medium (CCM). Human mesenchymal stem cells, donor #096, were used and cultured in Alfa Gibco MEM medium with 10% FBS and 100 IU/ml penicillin/streptomycin and 1 ng/ml basic human fibroblast growth factor (bFGF).

Подпитку клеток проводили 3 дня в неделю, используя асептическую методику, которая заключалась в удалении истраченных сред из колбы для культуры посредством пипетки и добавлении в сливной сосуд с последующим восполнением колбы(колб) для культуры соответствующим объемом свежей среды (включая добавки) до верха колбы для культуры таким образом, чтобы клеточная культура (монослой) не была нарушена потоком. Затем колбу вынимали из вытяжного шкафа, наклоняя колбу таким образом, чтобы ее крышка была обращена вовнутрь, и помещали в инкубатор при 37°С с 5% CO2. Клетки рутинно исследовали с помощью светового микроскопа в отношении признаков загрязнения, таких как помутнение, клетки в суспензии, изменение цвета среды, большие комки или частицы и т.д.Cells were fed 3 days a week using an aseptic technique that consisted of removing spent media from the culture flask by pipetting and adding to the waste vessel, followed by replenishing the culture flask(s) with an appropriate volume of fresh medium (including additives) to the top of the culture flask. culture in such a way that the cell culture (monolayer) is not disturbed by the flow. The flask was then removed from the fume hood, tilting the flask so that its lid was facing inward, and placed in an incubator at 37° C. with 5% CO 2 . Cells were routinely examined under a light microscope for signs of contamination such as turbidity, cells in suspension, discoloration of the medium, large clumps or particles, etc.

Для разъединения клеток каждые 7-10 суток и перед тем, как клетки достигали 80-90% конфлюэнтности, клетки промывали 3-5 мл PBS, с таким расчетом, чтобы он доставлялся к противоположной стенке колбы таким образом, чтобы не повредить клетки с последующим добавлением 5 мл нагретого Т/Е (соответствующая концентрация, 37°С). Затем колбу аккуратно качали по своей оси в течение 30 секунд, следя за тем, чтобы все клетки были покрыты, и избыток Т/Е отливали в сливной сосуд пипеткой (оставляя в колбе приблизительно 1 мл). Клетки инкубировали с оставшимся малым количеством Т/Е при 37°С в течение 3-5 мин, при отделении клеток от дна колбы. Отделенные клетки ресуспендировали в 4-6 мл полной среды (объем зависит от ожидаемого числа клеток). Затем клеточную суспензию переносят вверх-вниз посредством пипетки, объемом 10 мл, для обеспечения гомогенности и удаляют в 15 мл фалькон. Колбы инкубировали при 37°С.To separate the cells every 7-10 days and before the cells reached 80-90% confluence, the cells were washed with 3-5 ml of PBS, so that it was delivered to the opposite wall of the flask in a way that did not damage the cells, followed by the addition of 5 ml warmed T/E (corresponding concentration, 37°C). The flask was then gently rocked on its axis for 30 seconds, making sure that all cells were covered, and the excess T/E was poured into the waste vessel with a pipette (leaving approximately 1 ml in the flask). Cells were incubated with the remaining small amount of T/E at 37°C for 3-5 min, with the separation of cells from the bottom of the flask. The separated cells were resuspended in 4-6 ml of complete medium (volume depends on the expected number of cells). The cell suspension is then transferred up and down with a 10 ml pipette to ensure homogeneity and removed into a 15 ml falcon. The flasks were incubated at 37°C.

Получение сред, не содержащих EVObtaining EV-Free Environments

Среды, не содержащие EV, представляют собой необходимое условие протоколов выделения EV для очищенного выхода EV из клеток в культуре. Речь идет об исключении загрязнения изолятов EV культивируемых клеток микровезикулами снаружи от экспериментальной установки.EV-free media is a prerequisite for EV isolation protocols for purified EV release from cells in culture. We are talking about the exclusion of contamination of EV isolates of cultured cells with microvesicles outside the experimental setup.

Получали 130-140 мл 20% FBS плюс основная среда (1:5) в проавтоклавированной стерильной стеклянной бутыли, и соответствующее количество вышеупомянутого подвергали ультрацентрифугированию при 110000 × g в течение 18 часов, при 4°С. После ультрацентрифугирования супернатант осторожно отсасывали в новую пробирку типа фалькон, объемом 50 мл, убеждаясь, что осадок не нарушен. Супернатант из фальконов, объемом 50 мл, фильтровали в только что проавтоклавированный стеклянный контейнер. К нему добавляли равную порцию основной среды для доведения до соотношения 1:1, доводя общую концентрацию FBS в вышеуказанном растворе до 10%. Это приводило к получению в результате 10% среды, не содержащей EV, подлежащей использованию для клеточной культуры для выделения EV. Кондиционированные среды хранили при 4°С вплоть до 4 недель с добавлением 100 IU/мл P/S (или других добавок) перед применением для протокола выделения EV.Received 130-140 ml of 20% FBS plus basic medium (1:5) in autoclaved sterile glass bottle, and the corresponding amount of the above was subjected to ultracentrifugation at 110,000 × g for 18 hours, at 4°C. After ultracentrifugation, the supernatant was carefully aspirated into a new 50 ml Falcon tube, making sure that the pellet was not disturbed. The 50 ml falcon supernatant was filtered into a freshly autoclaved glass container. To this was added an equal portion of the basic medium to bring to a ratio of 1:1, bringing the total concentration of FBS in the above solution to 10%. This resulted in a 10% EV-free medium to be used for cell culture to isolate EV. Conditioned media were stored at 4° C. for up to 4 weeks with the addition of 100 IU/ml P/S (or other supplements) prior to use for the EV isolation protocol.

Клеточная культура для выделения EV и получение кондиционированных сред, обогащенных EVCell Culture for EV Isolation and Obtaining Conditioned EV Enriched Media

EV выделяли в соответствии с руководством MISEV2018 и дополнительными улучшенными протоколами (Thery et al., 2006). Клетки ВТ-20 доводили до достаточного количества 3-4 Т-175 см2 колбы для засева 12 × Т-175 см2 Т-колб в средах, не содержащих EV (2 × 106 клеток/колба). Клетки трипсинизировали и ресуспендировали в средах, обедненных EV, и засевали в 12 × Т-175 см2 Т-колбы в 10 мл сред, обедненных EV, на 24 часа для обеспечения того, чтобы клетки прилипли ко дну колбы. Среды затем заменяли равным количеством свежей среды, не содержащей EV (кондиционированная среда). Колбы оставляли для инкубации на 48 часов.EVs were isolated according to MISEV2018 guidelines and additional improved protocols (Thery et al., 2006). BT-20 cells were made up to a sufficient number of 3-4 T-175 cm 2 flasks to seed 12 x T-175 cm 2 T-flasks in EV-free media (2 x 10 6 cells/flask). Cells were trypsinized and resuspended in EV depleted media and seeded in 12×T-175 cm 2 T-flasks in 10 ml EV depleted media for 24 hours to ensure that the cells adhered to the bottom of the flask. The media were then replaced with an equal amount of fresh EV-free media (conditioned media). The flasks were left to incubate for 48 hours.

Спустя 48 часов, кондиционированные среды затем собирали из каждой колбы и объединяли в 50 мл фальконы, и клетки в данных колбах трипсинизировали, и подсчитанное число клеток отбирали из общего лизата клеток (соответствующее число клеток затем пересевали/замораживали/отбрасывали). Супернатант культуры сред, не содержащих EV, наливали из Т-колб в 50 мл фальконы (4 колбы на 50 мл фальконы). Затем 50 мл фильконы, содержащие супернатант, подвергали центрифугированию для удаления клеточных обломков при 300 × g в течение 10 мин, температуре -21°С. Супернатант затем отсасывали, используя 25 мл пипетки, оставляя на дне ненарушенный остаток 2-3 мл, в новые 50 мл фальконы, соответственно. Затем супернатант центрифугировали при 2000 × g в течение 10 мин при температуре -21°С. После центрифугирования супернатант собирали, оставляя осадок неживых клеток в остатке 2-3 мл на дне. Затем, используя стерильный фильтр с размером пор 0,2 мкм и шприц, верхние 25 мл супернатанта отсасывали и собирали в только что проавтоклавированные пробирки для ультрацентрифугирования. Затем отфильтрованные кондиционированные среды подвергали ультра центрифугированию при 110000 × g в течение 70 мин при 4°С на ультрацентрифуге Hitachi Micro. После ультрацентрифугирования 1 мл супернатанта отбирали из одной из пробирок в 1,5 мл пробирку и хранили при -80°С (анализ супернатанта 1). Остальную часть супернатанта отбрасывали в сливной контейнер без соскребания осадка. Осадок, содержащий EV, ресуспендировали 1 мл PBS в каждой UCT (пробирка для ультрацентрифугирования) и объединяли вместе в одну UCT. Она подвергалась ультрацентрифугированию при 110000 × g в течение 70 мин при 4°С. После ультраценрифугирования 1 мл супернатанта отбирали в 1,5 мл пробирку эппендорф из UCT и хранили при -80°С (анализ супернатанта 2). Остальную часть супернатанта отбрасывали в сливной контейнер без соскребания осадка. 85 мкл стерильного PBS отбирали пипеткой в UCT, содержащие EV, и отмеченную сторону соскабливали на протяжении примерно 5 мин с помощью 100 мкл наконечника для пипетки. После 5-8 мин соскабливания, весь ресуспендированный PBS собирали. Весь остаток, включая пузырьки, собирали в коническую пробирку для будущего ПЭГилирования. Ее подвергали импульсному центрифугированию на протяжении 10 секунд для того, чтобы избавиться от пузырьков, и супернатант смешивали в LFH с помощью пипетки. 15-20 мкл отбирали с помощью пипетки (NTA/Дзета) и 10 мкл - в пробирку для анализа белка. Все образцы выделенных EV хранили при -80°С. Все стадии проводили, используя асептические методики, и все стадии центрифугирования проводили при -4°С.After 48 hours, the conditioned media were then collected from each flask and pooled in 50 ml falcons, and the cells in these flasks were trypsinized and the counted number of cells removed from the total cell lysate (the corresponding number of cells were then passaged/frozen/discarded). The culture supernatant of EV-free media was poured from T-flasks into 50 ml falcons (4 flasks per 50 ml falcons). Then, 50 ml filcones containing the supernatant were subjected to centrifugation to remove cell debris at 300 x g for 10 min, temperature -21°C. The supernatant was then aspirated using a 25 ml pipette, leaving an undisturbed residue of 2-3 ml at the bottom, into new 50 ml falcons, respectively. The supernatant was then centrifuged at 2000×g for 10 min at -21°C. After centrifugation, the supernatant was collected, leaving a sediment of non-living cells in the balance of 2-3 ml at the bottom. Then, using a sterile 0.2 μm filter and syringe, the top 25 ml of the supernatant was aspirated and collected in freshly autoclaved ultracentrifuge tubes. The filtered conditioned media were then ultracentrifuged at 110,000×g for 70 min at 4°C on a Hitachi Micro ultracentrifuge. After ultracentrifugation, 1 ml of the supernatant was taken from one of the tubes into a 1.5 ml tube and stored at -80°C (supernatant analysis 1). The rest of the supernatant was discarded into the overflow container without scraping off the precipitate. The pellet containing EV was resuspended with 1 ml of PBS in each UCT (Ultracentrifuge Tube) and pooled together into one UCT. She was subjected to ultracentrifugation at 110,000 × g for 70 min at 4°C. After ultracentrifugation, 1 ml of the supernatant was withdrawn into a 1.5 ml eppendorf tube from the UCT and stored at -80° C. (supernatant analysis 2). The rest of the supernatant was discarded into the overflow container without scraping off the precipitate. 85 µl of sterile PBS was pipetted into the UCT containing EV and the marked side was scraped off for about 5 minutes with a 100 µl pipette tip. After 5-8 min scraping, all resuspended PBS was collected. All residue, including bubbles, was collected in a conical tube for future PEGylation. It was subjected to pulse centrifugation for 10 seconds in order to get rid of the bubbles, and the supernatant was mixed in LFH with a pipette. 15-20 µl was pipetted (NTA/Zeta) and 10 µl into a tube for protein analysis. All isolated EV samples were stored at -80°C. All steps were performed using aseptic techniques and all centrifugation steps were performed at -4°C.

Модификация EV после выделения посредством ДСФЭ-ПЭГ 2000 (АМИН) Амин ДСФЭ-ПЭГ (2000) (Avanti Polar Lipids, Inc) приобретали у Sigma Aldrich (Wicklow, Ирландия). ПЭГилированные экзосомы получали на основе ранее опубликованных данных по получению Пэгилированных липосом (Kooijmans et al., 2016). Конечный объем соотношения 1:4 суспензии выделенных EV (50 мкл) получали посредством смешивания концентрированной суспензии EV с PBS в пластиковой или стеклянной пробирке для образцов 1, 2 и 6 и образцов 4, 5 и 7, соответственно. Для этого добавляли равное соотношение (или желательный процент) 1:1 (мкг белка:мкг белка) амина ДСФЭ-ПЭГ 2000 (10 мг/мл), которое держали для инкубации при 37°С в течение 1 ч, посредством помещения образцов EV в штатив для пробирок с регулируемой температурой сверху качающейся качалки при низких скоростях для предотвращения агрегации молекул ПЭГ или экзосом. После инкубации суспензию EV-ПЭГ вводили в 16-20 мл PBS в ультрацентрифужную пробирку. Ультра центрифугирование проводили при 110000 × g в течение 70 мин для отмывки несвязанных молекул ПЭГ. Затем осадок EV ресуспендировали в 75 мкл PBS и хранили в стеклянных контейнерах соответствующего размера с крышкой, и из данной аликвоты 20 мкл - для анализа дзета-потенциала в отдельных контейнерах. Их хранили при -80°С или -20°С для образцов 1, 2, 6 и образцов 4, 5, 7 соответственно. Анализ траекторий наночастиц (NTA)Modification of EV after isolation with DSPE-PEG 2000 (AMIN) Amine DSPE-PEG (2000) (Avanti Polar Lipids, Inc) was purchased from Sigma Aldrich (Wicklow, Ireland). PEGylated exosomes were obtained based on previously published data on the production of PEGylated liposomes (Kooijmans et al., 2016). A final 1:4 volume ratio of isolated EV suspension (50 μl) was obtained by mixing the concentrated EV suspension with PBS in a plastic or glass vial for samples 1, 2, and 6 and samples 4, 5, and 7, respectively. To do this, an equal ratio (or desired percentage) of 1:1 (µg protein:µg protein) of DSPE-PEG 2000 amine (10 mg/ml) was added, which was kept for incubation at 37°C for 1 h, by placing the EV samples in temperature-controlled tube rack on top of the shaker at low speeds to prevent aggregation of PEG molecules or exosomes. After incubation, the EV-PEG suspension was injected into 16-20 ml PBS in an ultracentrifuge tube. Ultracentrifugation was performed at 110,000×g for 70 min to wash out unbound PEG molecules. The EV pellet was then resuspended in 75 µl PBS and stored in appropriately sized glass containers with lids, and from this 20 µl aliquot for zeta potential analysis in separate containers. They were stored at -80°C or -20°C for samples 1, 2, 6 and samples 4, 5, 7, respectively. Nanoparticle Trajectory Analysis (NTA)

Образцы как ПЭГилированных, так и неПЭГилированных экзосом анализировали посредством анализа траекторий наночастиц (NTA) (Malvern UK), используя систему запуска NTA NanoSight NS 500, версия 3.2, используя оптимизированные и утвержденные протоколы (Maguire et al., 2017, Hole et al., 2013, Gerlach et al., 2017). Все данные образцы анализировали, используя NanoSight NS 500, оснащенный лазером 405 нм и длинноволновым пропускающим фильтром 430 нм. Все образцы хранили на водном льду перед анализом. Разведения для NTA выполняли в D-PBS [-MgCl2,-CaCl2] (Gibco), который был сертифицирован как не содержащий частиц посредством NTA непосредственно перед измерением. Образцы пипетировали перед загрузкой для обеспечения достаточного перемешивания и разрушения слабо связанных кластеров EV. Каждый образец разводили вручную в D-PBS с получением оптимальной концентрации частиц, подходящей для NTA (от 10 до 100 частиц на поле обзора), причем каждый фактор разведения записывался в автоматически генерируемых отчетах. В общей сложности шесть × 60-секундных видео записывали для каждого образца EV, и порог обнаружения во время анализа выбирал оператор для обеспечения того, чтобы анализу подвергались только четко различимые нанообъекты, и для обеспечения того, чтобы были удалены артефакты. Поскольку NTA измеряет гидродинамический диаметр частиц, а именно, размер сольватированной частицы, которая приблизительно оценивается как сферическая, измеренные диаметры могут быть больше, чем диаметры, полученные посредством методик на основе электронной микроскопии (ЕМ). В общем, экзосомы обладают диаметрами в интервале размеров 30-150 нм. Все образцы хранили на сухом льду перед анализом. Разведения для NTA проводили в буфере DPBS (Gibco), который подтвержден как не содержащий частиц посредством NTA непосредственно перед измерением. Образцы перемешивали на вибромешалке в течение непродолжительного времени перед загрузкой для обеспечения достаточного перемешивания и разрушения слабо связанных кластеров экзосом. Каждый образец разводили вручную в PBS с получением оптимальной концентрации частиц, подходящей для NTA (от 20 до 70 экзосом на поле обзора), причем каждый фактор разведения записывали в автоматически генерируемых отчетах. В общей сложности шесть х 60-секундных видео записывали для каждого образца экзосом, и порог обнаружения во время анализа выбирали с обеспечением того, чтобы анализу подвергались только четко различимые нанообъекты, для обеспечения того, чтобы были удалены артефакты.Samples of both PEGylated and non-PEGylated exosomes were analyzed by nanoparticle trajectory analysis (NTA) (Malvern UK) using the NTA NanoSight NS 500, version 3.2 launcher using optimized and validated protocols (Maguire et al., 2017, Hole et al., 2013, Gerlach et al., 2017). All these samples were analyzed using a NanoSight NS 500 equipped with a 405 nm laser and a 430 nm long wavelength transmission filter. All samples were stored on water ice prior to analysis. Dilutions for NTA were performed in D-PBS [-MgCl 2 ,-CaCl 2 ] (Gibco) which was certified particle-free by NTA immediately prior to measurement. Samples were pipetted prior to loading to ensure sufficient mixing and disruption of loosely bound EV clusters. Each sample was manually diluted in D-PBS to obtain the optimal particle concentration suitable for NTA (10 to 100 particles per field of view), with each dilution factor recorded in automatically generated reports. A total of six × 60 second videos were recorded for each EV sample and the detection threshold was selected by the operator during analysis to ensure that only clearly distinguishable nano-objects were analyzed and to ensure that artifacts were removed. Since NTA measures the hydrodynamic particle diameter, namely the size of the solvated particle, which is estimated to be approximately spherical, the measured diameters may be larger than those obtained by electron microscopy (EM) based techniques. In general, exosomes have diameters in the size range of 30-150 nm. All samples were stored on dry ice prior to analysis. Dilutions for NTA were made in DPBS buffer (Gibco) which was confirmed to be particle-free by NTA just prior to measurement. The samples were mixed on a vibratory mixer for a short time before loading to ensure sufficient mixing and destruction of loosely bound exosome clusters. Each sample was manually diluted in PBS to obtain the optimal particle concentration suitable for NTA (20 to 70 exosomes per field of view), with each dilution factor recorded in automatically generated reports. A total of six x 60 second videos were recorded for each exosome sample, and the detection threshold during analysis was chosen to ensure that only clearly distinguishable nanoobjects were analyzed to ensure that artifacts were removed.

Измерение дзета-потенциалаZeta Potential Measurement

Дзета-потенциал EV измеряли, используя Litesizer 500, светорассеивающий прибор для анализа частиц (Litesizer™ 500, Anton Paar Ltd, Великобритания). Дзета-потенциал измеряли посредством разведения образцов EV, ПЭГилированных/неПЭГилированных, PBS в соотношении 1:100 или 1:16 (Образец EV-PBS) в кювете Anton Paar Calliope Core Omega с использованием аппроксимации Смолуховского с фактором Дебая 1,5 со временем установления равновесия 1 минута и целевой температурой 25°С с водой в качестве дисперсионной среды, выбранными в программном обеспечении, поскольку не было варианта выбора PBS в качестве дисперсионной среды. Образцы, предназначенные для анализа дзета-потенциала, размораживали в холодильнике/контейнере и переносили в лабораторию для анализа дзета-потенциала, где образцы хранили при 4°С и вынимали при использовании для анализа, разведение проводили в исходной пробирке, содержащей ПЭГилированные или неПЭГилированные EV, непосредственно перед тем, как образец должен был быть добавлен в кювету. Кювету промывали, используя шприц, первый раз Dl-водой (от Deionized Water -деионизированная вода) и затем три раза стерильным PBS, и затем образец добавляли, используя стерильный шприц. Максимальная и минимальная емкость загрузки для каждой кюветы составляла 350 мкл и 300 мкл, соответственно. Концентрация частиц при каждом разведении была достаточно высокой для обеспечения достоверных измерений посредством генерирования максимальной интенсивности для наибольшей части распределения дзета-потенциала частиц (выбросы включены в результаты).Zeta potential EV was measured using Litesizer 500, a light scattering instrument for particle analysis (Litesizer™ 500, Anton Paar Ltd, UK). Zeta potential was measured by diluting EV, PEGylated/non-PEGylated, PBS samples 1:100 or 1:16 (Sample EV-PBS) in an Anton Paar Calliope Core Omega cuvette using a Smoluchowski fit with a Debye factor of 1.5 with time to equilibrate 1 minute and a target temperature of 25°C with water as the dispersion medium selected in the software, since there was no option to select PBS as the dispersion medium. Samples intended for zeta potential analysis were thawed in a refrigerator/container and transferred to a laboratory for zeta potential analysis, where samples were stored at 4°C and taken out when used for analysis, the dilution was carried out in the original tube containing PEGylated or non-PEGylated EVs, just before the sample was to be added to the cuvette. The cuvette was washed using a syringe, the first time with Dl-water (from Deionized Water) and then three times with sterile PBS, and then the sample was added using a sterile syringe. The maximum and minimum loading capacity for each cuvette was 350 µl and 300 µl, respectively. The particle concentration at each dilution was high enough to provide reliable measurements by generating the maximum intensity for the largest part of the particle zeta potential distribution (outliers included in the results).

Лентивирусная трансдукция hMCK конструкциями гена EGFP Лентивирусные трансдукции осуществляли на hMCK донора #096. Введение EGFP-CFTR и EGFP-NEG контроля осуществляли для экспрессии белка амплифицированного CFTR в EGFP-CFTR-трансдуцированных клетках для продукции гена CFTR и мРНК инкапсулированных РНК, которые должны быть дополнительно охарактеризованы, как только достигнута жизнеспособная популяция. Трансдукции завершали, используя протокол вращения.Lentiviral transduction of hMCKs with EGFP gene constructs Lentiviral transductions were performed on donor hMCK #096. The introduction of EGFP-CFTR and EGFP-NEG controls was performed to express the amplified CFTR protein in EGFP-CFTR-transduced cells for the production of the CFTR gene and encapsulated RNA mRNA, which should be further characterized once a viable population has been reached. Transductions were completed using the rotation protocol.

hMCK разделяли в обычном порядке и ресуспендировали в 5 мл полных сред. Ресуспендированные МСК осаждали посредством центрифугирования при 1000 × g в течение 4 мин, после чего супернатант полных сред отбрасывали. Клетки осторожно ресуспендировали в 5 мл основной среды (без FBS, без антибиотика), и осуществляли подсчет клеток.hMCK were separated in the usual way and resuspended in 5 ml of complete media. The resuspended MSCs were pelleted by centrifugation at 1000 x g for 4 min, after which the complete media supernatant was discarded. Cells were carefully resuspended in 5 ml of basic medium (no FBS, no antibiotic) and cell counts were performed.

1×106 (или приблизительно) клеток дополнительно разводили в приблизительно 5 мл основной среды в отдельных 50 мл пробирках фалькон для каждого лентивируса EGFP, положительного контроля и отрицательного контроля (не получает лентивирус). К каждой пробирке, экспериментальной и с положительным контролем, добавляли MOI (от англ. multiplicity of infection -множественность заражения) 3-4 (приблизительно 18 мкл) лентивируса. Отрицательный контроль не получал лентивируса, и все 50 мл пробирки типа фалькон центрифугировали в течение 90 мин при 2000 × g при 37°С после центрифугирования, отбрасывали среды и еще раз ресуспендировали осадок клеток в полных средах. Затем клетки высевали в Т-колбы соответствующего размера (Т175 или Т-75), в зависимости от числа клеток, трансдуцированных и инкубируемых в полных средах с добавлением bFGF (1 нг/мл). После 48 ч инкубации, среды меняли на полные среды с bFGF и дополняли 4 мкг/мл пуромицина для селекции трансдуцированных клеток в течение 7-14 суток, после чего у клеток меняли среду на нормальную полную среду без пуромицина. Клетки разъединяли каждые 7-10 суток после осуществления трансдукции.1×10 6 (or approximately) cells were additionally diluted in approximately 5 ml of basic medium in separate 50 ml falcon tubes for each EGFP lentivirus, positive control and negative control (does not receive lentivirus). To each tube, experimental and positive control, was added MOI (from the English. multiplicity of infection - multiplicity of infection) 3-4 (approximately 18 μl) lentivirus. The negative control received no lentivirus and all 50 ml falcon tubes were centrifuged for 90 min at 2000×g at 37° C. after centrifugation, the media were discarded and the cell pellet resuspended in complete media. The cells were then seeded in T-flasks of the appropriate size (T175 or T-75) depending on the number of cells transduced and incubated in complete media supplemented with bFGF (1 ng/ml). After 48 hours of incubation, the media were changed to bFGF complete media and supplemented with 4 μg/ml puromycin to select transduced cells for 7-14 days, after which the cells were switched to normal complete media without puromycin. Cells were dissociated every 7-10 days after transduction.

Результатыresults

Для исходных экспериментов линию раковых клеток молочной железы человека ВТ-20 использовали за их высокую пролиферативную способность и легкость культивирования. Клетки переносили в 12 × Т-175 см2 Т-колбы. EV выделяли из вышеупомянутого, используя дифференциальное центрифугирование с последующими двумя стадиями ультрацентрифугирования в соответствии с руководством MISEV в соответствии с наиболее широко используемыми и проверенными способами, и затем разные способы осуществляли для характеристики EV, включая распределение по размерам с помощью анализа траектории наночастиц и анализ поверхностного заряда с помощью исследований дзета-потенциала с использованием прибора Litesizer™ 500. Как ПЭГилированные, так и неПЭГилированные EV характеризовали, используя установленные протоколы и методики по наиболее известному практическому опыту.For the initial experiments, the human breast cancer cell line BT-20 was used for its high proliferative capacity and ease of cultivation. Cells were transferred into 12×T-175 cm 2 T-flasks. EV was isolated from the above using differential centrifugation followed by two ultracentrifugation steps according to MISEV guidelines according to the most widely used and validated methods, and then different methods were performed to characterize EV including size distribution by nanoparticle trajectory analysis and surface charge analysis. using zeta potential studies using the Litesizer™ 500 instrument. Both PEGylated and non-PEGylated EVs were characterized using established protocols and best practice methods.

EV, выделенные из клеток ВТ-20, характеризовали, используя разные способы для количественной оценки их размера и для измерения их поверхностного заряда. Авторы изобретения выделяли экзосомы, используя дифференциальное ультрацентрифугирование, поскольку данный способ остается наиболее широко используемым стандартным способом выделения экзосом из разных биологических жидкостей или супернатантов клеточных культур (Chia et al., 2017, Thery et al., 2006). В анализе траектории наночастиц (NTA) как ПЭГилированных, так и неПЭГилированных экзосом обнаружили, что анализ NTA не является целесообразным выбором для разведенных фракций ПЭГилированных EV. ПЭГилированные EV могли подвергаться модификации поверхности за счет взаимодействия с поверхностями пластмассы в ультрацентрифжных пробирках или за счет деградации в пластиковых контейнерах, для этого авторы изобретения использовали стеклянные контейнеры для хранения фракций ПЭГилированных EV в случае образца 4, 5 и 7 и проводили анализ дзета-потенциала для характеристики данных образцов вместо анализа NTA.EVs isolated from BT-20 cells were characterized using various methods to quantify their size and to measure their surface charge. The inventors isolated exosomes using differential ultracentrifugation, since this method remains the most widely used standard method for isolating exosomes from various biological fluids or cell culture supernatants (Chia et al., 2017, Thery et al., 2006). In nanoparticle trajectory analysis (NTA) of both PEGylated and non-PEGylated exosomes, it was found that NTA analysis is not a viable choice for diluted fractions of PEGylated EVs. PEGylated EVs could undergo surface modification through interaction with plastic surfaces in ultracentrifuge tubes or through degradation in plastic containers, for this the inventors used glass containers to store the PEGylated EV fractions in the case of sample 4, 5 and 7 and performed a zeta potential analysis for characteristics of these samples instead of NTA analysis.

Обзор культуры клеток ВТ-20Overview of cell culture BT-20

Все параметры, относящиеся к клеточной культуре, кратко представлены ниже в Таблицах 1а и 1b, в которых показаны значения подсчета количества клеток, концентрация белка EV-изолятов, процент ДСФЭ-ПЭГ:Белок в случае обработки ПЭГ, показания измерений дзета-потенциала и NTA для фракций выделенных EV. В случае показаний анализа NTA, значения для Образца 1 не являются надежными из-за низкого числа частиц на кадр (а именно, меньше 3 частиц на кадр). Это также относится к режиму NTA после ПЭГ для образцов 2 и 6. Меньше 10 частиц на кадр также отмечалось в случае режима NTA перед ПЭГ для образцов 3, 4 и 7. Однако, данные результаты удовлетворяют критериям оценки качества. Все данные представлены как число клеток/мл для подсчета количества клеток, мкл в случае объема, мВ в случае дзета-потенциала и нМ в случае типа распределения по размерам для результатов анализа NTA.All parameters related to cell culture are summarized below in Tables 1a and 1b, which show cell count values, protein concentration of EV isolates, percentage of DSPE-PEG:Protein in the case of PEG treatment, readings of zeta potential and NTA measurements for fractions of isolated EVs. In the case of NTA analysis readings, the values for Sample 1 are not reliable due to the low number of particles per frame (namely, less than 3 particles per frame). This also applies to the post-PEG NTA regimen for samples 2 and 6. Less than 10 particles per frame were also observed with the pre-PEG NTA regimen for samples 3, 4 and 7. However, these results meet the quality criteria. All data are presented as number of cells/ml for cell count, µl for volume, mV for zeta potential, and nM for size distribution type for NTA assay results.

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Анализ NTA:NTA analysis:

В Таблицах 2а и 2b, изложенных ниже, показаны измеренные значения для повторных снятий показаний анализа NTA в следующем виде: тип распределения частиц по размеру (нм), общая концентрация частиц и концентрация частиц в интервале 30-150 нм в NP/мл для EV-фракций, выделенных из клеток ВТ-20, культивированных в 12ХТ-175 см Т-колбах в соответствии с протоколом выделения EV (MISEV). Данные представлены как среднее и SEM (от англ. Standard error mean - Стандартная ошибка среднего). Образец 1 и все ПЭГилированные образцы обеспечивали ненадежные данные, поскольку было зарегистрировано меньше 3 частиц на кадр, что не соответствует критериям оценки качества NTA. Образцы 2 и 3 предоставляли меньше 10 частиц на кадр, хотя их измерение соответствует критериям оценки качества. Образец 7 также имеет число частиц меньше 10 на кадр при SEM, но опять же соответствует критериям оценки качества.Tables 2a and 2b below show the measured values for rereading the NTA assay as follows: particle size distribution type (nm), total particle concentration, and particle concentration between 30-150 nm in NP/mL for EV- fractions isolated from BT-20 cells cultured in 12XT-175 cm T-flasks according to the EV isolation (MISEV) protocol. Data are presented as mean and SEM (Standard error mean). Sample 1 and all PEGylated samples provided unreliable data as less than 3 particles per frame were detected, which did not meet the NTA quality assessment criteria. Samples 2 and 3 provided less than 10 particles per frame, although their measurement met the quality assessment criteria. Sample 7 also has less than 10 particles per frame in SEM, but again meets the quality criteria.

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

1. Калибровку системы перед каждым днем анализа проверяли, используя стандарт размера на основе полистирольных наносфер NIST (от англ. National Institute of Standards and Technology - Национальный институт стандартов и технологии), 100 нм, (100 нм NIST) и наночастицу цитрата золота, 30 нм, (30 нм AuNP).1. The calibration of the system before each day of analysis was checked using the size standard based on polystyrene nanospheres NIST (from the English National Institute of Standards and Technology - National Institute of Standards and Technology), 100 nm, (100 nm NIST) and gold citrate nanoparticle, 30 nm, (30 nm AuNP).

2. Все образцы в приведенной ниже таблице соответствовали критериям оценки качества, как обсуждалось.2. All samples in the table below met the quality assessment criteria as discussed.

3. Образцы №1, ПЭГилированный образец №1, ПЭГилированный Образец №2 и ПЭГилированный образец №6 обеспечивали ненадежные результаты вследствие малого числа частиц на кадр (а именно, меньше 3 частиц на кадр, что классифицируется как «не содержащий частиц»). По этой причине, они не соответствовали критериям оценки качества.3. Samples #1, PEGylated Sample #1, PEGylated Sample #2, and PEGylated Sample #6 provided unreliable results due to the low number of particles per frame (namely, less than 3 particles per frame, which is classified as "particle-free"). For this reason, they did not meet the quality assessment criteria.

4. Образцы №3 и №4 обеспечивали малое число частиц на кадр (а именно меньше 10). Однако, их измерения соответствовали критериям оценки качества.4. Samples #3 and #4 provided a low number of particles per frame (namely, less than 10). However, their measurements met the quality assessment criteria.

5. Образцы №7 предоставляли SEM их соответствующего числа частиц на кадр, достигающего меньше 10. Однако, их измерения соответствовали критериям оценки качества, это может быть причиной незначительного рассмотрения измерения их концентраций и должно быть отражено. Контроли:5. Samples #7 provided the SEM with their respective number of particles per frame reaching less than 10. However, their measurements met the quality assessment criteria, this may be the reason for the minor consideration of measuring their concentrations and should be reflected. Controls:

На Фиг. 6а и 6b продемонстрированы показания анализа траектории наночастиц (NTA) для dPBS и 30 нм наночастиц золота (Аи) в качестве контролей для размера частиц (нм) на оси X и распределения концентраций частиц (частицы/мл) на оси Y. dPBS демонстрирует меньше чем 1 частица на кадр, то есть раствор, не содержащий частиц, как ожидалось, и AuNP демонстрируют определенный пик со средним размером 34 плюс/минус 0,5 нм и соответствуют критерию контроля качества. В приведенной ниже Таблице 3 предложены соответствующие значения в виде среднего и SEM.On FIG. 6a and 6b show nanoparticle trajectory analysis (NTA) readings for dPBS and 30 nm gold nanoparticles (Au) as controls for particle size (nm) on the x-axis and particle concentration distribution (particles/mL) on the y-axis. dPBS shows less than 1 particle per frame, i.e. a solution containing no particles as expected, and AuNPs show a definite peak with an average size of 34 plus/minus 0.5 nm and meet the quality control criteria. Table 3 below suggests the corresponding values in terms of mean and SEM.

Figure 00000008
Figure 00000008

Образец 1sample 1

На Фиг. 7а и 7b показано распределение согласно анализу траектории наночастиц для образца-1. Образцы EV для размера частиц (нм) на оси X и распределений концентраций частиц (частицы/мл) на оси Y. Как неПЭГилированные, так и ПЭГилированные образцы имели менее чем 3 частицы на кадр и не соответствовали критерию контроля качества для анализа NTA, то есть раствор, не содержащий частиц. Среднее распределение по размерам и концентрация частиц изложены ниже в Таблице 4а, и общее число клеток и распределение частиц лизата исходных клеток изложены в Таблице 4b. Данные представлены, как среднее, SEM, частицы/клетка и частицы/данный объем, соответственно.On FIG. 7a and 7b show the distribution according to the nanoparticle trajectory analysis for sample-1. EV samples for particle size (nm) on the x-axis and particle concentration distributions (particles/mL) on the y-axis. Both non-PEGylated and PEGylated samples had less than 3 particles per frame and did not meet the quality control criteria for the NTA assay, i.e. particle-free solution. The average particle size distribution and particle concentration are set forth in Table 4a below, and the total cell number and particle distribution of the original cell lysate are set forth in Table 4b. Data are presented as mean, SEM, particles/cell and particles/given volume, respectively.

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

Образец 2Sample 2

На Фиг. 8а и 8b показано распределение согласно анализу траектории наночастиц (NTA) для примера 2. Образцы EV для размера частиц (нм) на оси х и распределений концентраций частиц (частицы/мл) на оси у. НеПЭГилированный образец демонстрирует определенный пик на уровне 110,5 плюс/минус 5 нм и соответствовал критерию качества для анализа NTA, хотя ПЭГилированные образцы имели меньше чем 3 частицы на кадр и не соответствовали критерию контроля качества для анализа NTA, то есть раствор, не содержащий частиц. Среднее распределение по размерам и концентрация частиц показаны в Таблице 5а, и общее число клеток и распределение частиц лизата исходных клеток показаны в Таблице 5b. Данные представлены, как среднее, SEM, частицы/клетка и частицы/объем образца, соответственно.On FIG. 8a and 8b show the nanoparticle trajectory analysis (NTA) distribution for Example 2. EV samples for particle size (nm) on the x-axis and particle concentration distributions (particles/mL) on the y-axis. The non-PEGylated sample showed a distinct peak at 110.5 plus/minus 5 nm and met the NTA assay quality criteria, although the PEGylated samples had less than 3 particles per frame and did not meet the NTA assay quality control criteria, i.e. a particle-free solution . The average size distribution and particle concentration are shown in Table 5a, and the total cell number and particle distribution of the original cell lysate are shown in Table 5b. Data are presented as mean, SEM, particle/cell and particle/sample volume, respectively.

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

Figure 00000013
Figure 00000013

Образец 3Sample 3

На Фиг. 9 показано распределение согласно анализу траектории наночастиц (NTA) для Примера 3. Образцы EV для размера частиц (нм) на оси х и распределений концентраций частиц (частицы/мл) на оси у. НеПЭГилированный образец демонстрировал среднее распределение по размерам на уровне 1,56 плюс/минус 43,5 нм, и тем не менее он соответствовал критерию качества для анализа NTA, но имел меньше чем 10 частиц на кадр для анализа NTA. Среднее распределение по размерам и концентрации частиц показаны ниже в Таблице 6а, и общее число клеток и распределение частиц лизата исходных клеток показаны в Таблице 6b. Данные представлены как среднее, SEM, частицы/клетка и частицы/объем образца, соответственно.On FIG. 9 shows the distribution according to nanoparticle trajectory analysis (NTA) for Example 3. EV samples for particle size (nm) on the x-axis and particle concentration distributions (particles/mL) on the y-axis. The non-PEGylated sample showed an average size distribution of 1.56 plus/minus 43.5 nm and still met the NTA assay quality criteria but had less than 10 particles per frame for the NTA assay. The average particle size distribution and concentration are shown in Table 6a below, and the total cell number and particle distribution of the original cell lysate are shown in Table 6b. Data are presented as mean, SEM, particle/cell, and particle/sample volume, respectively.

Figure 00000014
Figure 00000014

Figure 00000015
Figure 00000015

Образец 4Sample 4

На Фиг. 10 показано распределение согласно анализу траектории наночастиц (NTA) для Примера 4. Образцы EV для размера частиц (нм) на оси х и распределений концентраций частиц (частицы/мл) на оси у. НеПЭГилированный образец демонстрировал среднее распределение по размерам на уровне 120 плюс/минус 26 нм и, несмотря на то, что он соответствовал критерию качества для анализа NTA, имел меньше чем 10 частиц на кадр для анализа NTA. Среднее распределение по размерам и концентрация частиц показаны ниже в Таблице 7а, и общее число клеток и распределение частиц лизата исходных клеток показаны в Таблице 7b. Данные представлены как среднее, SEM, частица/клетка и частицы/объем образца, соответственно.On FIG. 10 shows the distribution according to nanoparticle trajectory analysis (NTA) for Example 4. EV samples for particle size (nm) on the x-axis and particle concentration distributions (particles/mL) on the y-axis. The non-PEGylated sample exhibited an average size distribution of 120 plus/minus 26 nm and, although it met the NTA assay performance criteria, had less than 10 particles per frame for the NTA assay. The average particle size distribution and particle concentration are shown in Table 7a below, and the total cell number and particle distribution of the original cell lysate are shown in Table 7b. Data are presented as mean, SEM, particle/cell, and particle/sample volume, respectively.

Figure 00000016
Figure 00000016

Figure 00000017
Figure 00000017

Образец 5Sample 5

На Фиг. 11 показано распределение согласно анализу траектории наночастиц (NTA) для Примера 5. Образцы EV для размера частиц (нм) на оси х и распределений концентраций частиц (частицы/мл) на оси у. НеПЭГилированный образец демонстрировал среднее распределение по размерам на уровне 96 плюс/минус 3,5 нм и, несмотря на то, что он соответствовал критерию качества для анализа NTA, имел меньше чем 10 частиц на кадр для анализа NTA. Среднее распределение по размерам и концентрация частиц показаны ниже в Таблице 8а, и общее число клеток и распределение частиц лизата исходных клеток показаны в Таблице 8b. Данные представлены как среднее, SEM, частицы/клетка и частицы/объем образца, соответственно.On FIG. 11 shows the distribution according to nanoparticle trajectory analysis (NTA) for Example 5. EV samples for particle size (nm) on the x-axis and particle concentration distributions (particles/mL) on the y-axis. The non-PEGylated sample exhibited an average size distribution of 96 plus/minus 3.5 nm and, although it met the NTA assay performance criteria, had less than 10 particles per frame for the NTA assay. The average size distribution and particle concentration are shown in Table 8a below, and the total cell number and particle distribution of the original cell lysate are shown in Table 8b. Data are presented as mean, SEM, particle/cell, and particle/sample volume, respectively.

Figure 00000018
Figure 00000018

Figure 00000019
Figure 00000019

Образец 6Sample 6

На Фиг. 12а и 12b показано распределение согласно анализу траектории наночастиц (NTA) для образца 5. Образцы EV для размера частиц (нм) на оси х и распределений концентраций частиц (частицы/мл) на оси у. НеПЭГилированный образец демонстрировал определенный пик на уровне 112 плюс/минус 5 нм и соответствовал критерию качества для анализа NTA, хотя ПЭГилированный образец имел меньше чем 3 частицы на кадр и не соответствовал критерию контроля качества для анализа NTA, то есть раствор, не содержащий частиц. Среднее распределение по размерам и концентрация частиц показаны ниже в Таблице 9а, и общее число клеток и распределение частиц лизата исходных клеток показаны в Таблице 9b. Данные представлены как среднее, SEM, частицы/клетка и частицы/объем образца, соответственно.On FIG. 12a and 12b show the nanoparticle trajectory analysis (NTA) distribution for sample 5. EV samples for particle size (nm) on the x-axis and particle concentration distributions (particles/mL) on the y-axis. The non-PEGylated sample showed a distinct peak at 112 plus/minus 5 nm and met the NTA assay quality criteria, although the PEGylated sample had less than 3 particles per frame and did not meet the quality control criteria for the NTA assay, i.e. a particle free solution. The average particle size distribution and particle concentration are shown in Table 9a below, and the total cell number and particle distribution of the original cell lysate are shown in Table 9b. Data are presented as mean, SEM, particle/cell, and particle/sample volume, respectively.

Figure 00000020
Figure 00000020

Figure 00000021
Figure 00000021

Образец 7Sample 7

На Фиг. 13 показано распределение согласно анализу траектории наночастиц (NTA) для Примера 7. Образцы EV для размера частиц (нм) на оси х и распределений концентраций частиц (частицы/мл) на оси у. НеПЭГилированный образец демонстрировал среднее распределение по размерам на уровне 93,5 плюс/минус 6 нм и соответствовал критерию качества для анализа NTA, соответствуя критериям для образца очищенных EV, но имел меньше чем 10 частиц на кадр для SEM. Среднее распределение по размерам и концентрация частиц показаны ниже в Таблице 10а, и общее число клеток и распределение частиц лизата исходных клеток показаны в Таблице 10b. Данные представлены как среднее, SEM, частицы/клетка и частицы/объем образца, соответственно.On FIG. 13 shows the distribution according to nanoparticle trajectory analysis (NTA) for Example 7. EV samples for particle size (nm) on the x-axis and particle concentration distributions (particles/mL) on the y-axis. The non-PEGylated sample exhibited an average size distribution of 93.5 plus/minus 6 nm and met the performance criteria for the NTA assay, meeting the criteria for the purified EV sample, but had less than 10 particles per frame for SEM. The average particle size distribution and particle concentration are shown in Table 10a below, and the total cell number and particle distribution of the original cell lysate are shown in Table 10b. Data are presented as mean, SEM, particle/cell, and particle/sample volume, respectively.

Figure 00000022
Figure 00000022

Figure 00000023
Figure 00000023

Figure 00000024
Figure 00000024

Анализ дзета-потенциала Образец 1 (ПЭГ 100%)Zeta Potential Analysis Sample 1 (PEG 100%)

На Фиг. 14а и 14b показаны средние значения дзета-потенциала для образца 1 выделенных ПЭГилированных и неПЭГилированных EV (ПЭГ 100%). Фиг. 14а представляет собой график, показывающий серию считываний показаний измерений для образца выделенных ПЭГилированных EV со средним дзета-потенциалом и значением пика (моды) распределения для каждого прогона (концентрация частиц; 1:100 в PBS). На Фиг. 14b показаны распределения интенсивности дзета-потенциала для трех отдельных считываний показаний измерений для образца выделенных ПЭГилированных EV 1 (концентрация частиц: 1:100 в PBS) с относительной частотой (%) на оси у и потенциалом-дзета (мВ) на оси х. На разных кривых представлены три последовательных измерения отдельных разведений образцов из одного и того же изолята Е\/. Дзета-потенциалы определяли, используя аппроксимацию Смолуховского. Данные представлены как Среднее и SD (от англ. standard deviation - стандартное отклонение). Все данные выражены в мВ.On FIG. 14a and 14b show the mean zeta potential values for sample 1 of isolated PEGylated and non-PEGylated EVs (PEG 100%). Fig. 14a is a graph showing a series of measurement readings for a sample of isolated PEGylated EVs with mean zeta potential and distribution peak (mode) value for each run (particle concentration; 1:100 in PBS). On FIG. 14b shows zeta potential intensity distributions for three separate measurement readings for a sample of isolated PEGylated EV 1 (particle concentration: 1:100 in PBS) with relative frequency (%) on the y-axis and zeta potential (mV) on the x-axis. Different curves represent three successive measurements of individual dilutions of samples from the same E\/ isolate. Zeta potentials were determined using the Smoluchowski approximation. Data are presented as Mean and SD (standard deviation). All data are expressed in mV.

Образец 2 (ПЭГ 50%)Sample 2 (PEG 50%)

Фиг. 15а и 15b эквиваленты Фиг. 14а и 14b в отношении образца 2. Образец 4 (ПЭГ 50%)Fig. 15a and 15b are the equivalents of FIG. 14a and 14b for Sample 2. Sample 4 (PEG 50%)

На Фиг. 16 показаны средние значения дзета-потенциала для образца изолята ПЭГилированных и неПЭГилированных EV 4 (ПЭГ 50%). Распределения интенсивности дзета-потенциала для трех отдельных считываний показаний измерений для образца выделенных ПЭГилированных EV 4 (концентрация частиц: 1:16 в PBS) с относительной частотой (%) на оси у и дзета-потенциалом (мВ) на оси х. На разных кривых представлены три последовательных измерения одного и того же изолята ПЭГилированных EV. Ниже в Таблицах 11а и 11b показаны считывания показаний измерений одного прогона для образца изолята неПЭГилированных EV со средним дзета-потенциалом, за которыми следуют конкретные значения для того же образца после ПЭГилирования. SD и значения пика (моды) распределения для каждого прогона (концентрация частиц 1:100 в PBS). Дзета-потенциалы определяли с использованием аппроксимации Смолуховского. Данные представлены в виде Среднего и SD. Все данные выражены в мВ.On FIG. 16 shows mean zeta potential values for a sample of PEGylated and non-PEGylated EV 4 isolate (PEG 50%). Zeta potential intensity distributions for three separate measurement readings for a sample of isolated PEGylated EV 4 (particle concentration: 1:16 in PBS) with relative frequency (%) on the y-axis and zeta potential (mV) on the x-axis. Different curves represent three consecutive measurements of the same PEGylated EV isolate. Tables 11a and 11b below show single run measurement readings for a sample of non-PEGylated EV isolate with an average zeta potential, followed by specific values for the same sample after PEGylation. SD and distribution peak (mode) values for each run (particle concentration 1:100 in PBS). Zeta potentials were determined using the Smoluchowski approximation. Data are presented as Mean and SD. All data are expressed in mV.

Figure 00000025
Figure 00000025

Figure 00000026
Figure 00000026

Образец 5 (ПЭГ100%)Sample 5 (PEG100%)

На Фиг. 17 показаны средние значения дзета-потенциала для образца изолята ПЭГилированных и неПЭГилированных частиц 5 (ПЭГ 100%). Распределения интенсивностей дзета-потенциала для трех отдельных считываний показаний измерений для образца выделенных ПЭГилированных EV 4 (концентрация частиц: 1:16 в PBS) с относительной частотой (%) на оси-γ и дзета-потенциалом (мВ) на оси х. На разных кривых представлены три последовательных измерения одного и того же изолята ПЭГилированных EV. В представленных ниже Таблицах 12а и 12b показаны считывания показаний измерений одного прогона для образца изолята неПЭГилированных EV со средним дзета-потенциалом, за которыми следуют конкретные значения того же образца после ПЭГилирования. SD и значения пика (моды) распределения для каждого прогона (концентрация частиц 1:100 в PBS). Дзета-потенциалы определяли, используя аппроксимацию Смолуховского. Данные представлены в виде Среднего и SD. Все данные выражены в мВ.On FIG. 17 shows the mean zeta potential values for a sample of PEGylated and non-PEGylated particle isolate 5 (PEG 100%). Zeta potential intensity distributions for three separate measurement readings for a sample of isolated PEGylated EV 4 (particle concentration: 1:16 in PBS) with relative frequency (%) on the y-axis and zeta potential (mV) on the x-axis. Different curves represent three consecutive measurements of the same PEGylated EV isolate. Tables 12a and 12b below show single run measurement readings for a medium zeta potential non-PEGylated EV isolate sample followed by specific values of the same sample after PEGylation. SD and distribution peak (mode) values for each run (particle concentration 1:100 in PBS). Zeta potentials were determined using the Smoluchowski approximation. Data are presented as Mean and SD. All data are expressed in mV.

Figure 00000027
Figure 00000027

Figure 00000028
Figure 00000028

Образец 6 (ПЭГ 75%)Sample 6 (PEG 75%)

На Фиг. 18а и 18b показаны средние значения дзета-потенциала для образца изолята ПЭГилированных и неПЭГилированных EV 6 (ПЭГ 100%). Фиг. 18а представляет собой график, показывающий серию считываний показаний измерений для образца изолята ПЭГилированных EV со средним дзета-потенциалом и пиком (модой) распределения для каждого прогона (концентрация частиц; 1:100 в PBS). На Фиг. 18b показаны распределения интенсивности дзета-потенциала для трех отдельных считываний показаний измерений для образца изолята ПЭГилированных EV6 (концентрация частиц: 1:100 в PBS) с относительной частотой (%) на оси у и дзета- потенциалом (мВ) на оси х. Разные кривые представляют три последовательных измерения отдельных разведений образцов из одного и того же изолята Е\/. Дзета-потенциалы определяли, используя аппроксимацию Смолуховского. Данные представлены в виде Среднего и SD. Все данные выражены в мВ.On FIG. 18a and 18b show the mean zeta potential values for a sample of PEGylated and non-PEGylated EV 6 isolate (PEG 100%). Fig. 18a is a graph showing a series of measurement readings for a PEGylated EV isolate sample with average zeta potential and peak (mode) distribution for each run (particle concentration; 1:100 in PBS). On FIG. 18b shows zeta potential intensity distributions for three separate measurement readings for a PEGylated EV6 isolate sample (particle concentration: 1:100 in PBS) with relative frequency (%) on the y-axis and zeta potential (mV) on the x-axis. The different curves represent three successive measurements of separate dilutions of samples from the same E\/ isolate. Zeta potentials were determined using the Smoluchowski approximation. Data are presented as Mean and SD. All data are expressed in mV.

Образец 7 (ПЭГ 150%)Sample 7 (PEG 150%)

На Фиг. 19 показаны средние значения дзета-потенциала для образца изолята ПЭГилированных и неПЭГилированных EV 7 (ПЭГ 100%). Распределения интенсивности дзета-потенциала для трех отдельных считываний показаний измерений для образца выделенных ПЭГилированных EV 7 (концентрация частиц: 1:16 в PBS) с относительной частотой (%) на оси у и дзета-потенциалом (мВ) на оси х. Разные кривые представляют три последовательных измерения одного и того же изолята ПЭГилированных EV. Ниже в Таблицах 13а и 13b показаны считывания показаний измерений одного прогона для образца изолята неПЭГилированных EV со средним дзета-потенциалом, за которыми следуют конкретные значения того же образца после ПЭГилирования. SD и значения пика (моды) распределения для каждого прогона (концентрация частиц 1:100 в PBS). Дзета-потенциалы определяли, используя аппроксимацию Смолуховского. Данные представлены в виде среднего и SD. Все данные выражены в мВ.On FIG. 19 shows mean zeta potential values for a sample of PEGylated and non-PEGylated EV 7 isolate (PEG 100%). Zeta potential intensity distributions for three separate measurement readings for a sample of isolated PEGylated EV 7 (particle concentration: 1:16 in PBS) with relative frequency (%) on the y-axis and zeta potential (mV) on the x-axis. The different curves represent three consecutive measurements of the same PEGylated EV isolate. Tables 13a and 13b below show single run measurement readings for a sample of non-PEGylated EV isolate with an average zeta potential, followed by specific values of the same sample after PEGylation. SD and distribution peak (mode) values for each run (particle concentration 1:100 in PBS). Zeta potentials were determined using the Smoluchowski approximation. Data are presented as mean and SD. All data are expressed in mV.

Figure 00000029
Figure 00000029

Figure 00000030
Figure 00000030

Трансдукция МСКMSC transduction

Трансдукцию hMCK, донор #096, выполняли, используя установленные протоколы. Лентивирусные частицы приобретали у Genecopoeia Ltd.Transduction of hMCK, donor #096, was performed using established protocols. Lentiviral particles were purchased from Genecopoeia Ltd.

Авторы изобретения в настоящее время имеют 4 партии трансдуцированных клеток hMCK, перечисленных ниже, некоторые из первоначальных попыток трансдукции hMCK с MO11-2 были неуспешными и не включены.The inventors currently have 4 batches of transduced hMCK cells listed below, some of the initial attempts to transduce hMCK with MO11-2 were unsuccessful and are not included.

Объемы титра лентивирусаLentivirus titer volumes

Figure 00000031
Figure 00000031

Объемы трансдукции для трансдукции hMCKTransduction volumes for hMCK transduction

Figure 00000032
Figure 00000032

Изображения флуоресценции показаны на Фиг. 20 и 21.Fluorescence images are shown in Fig. 20 and 21.

ОбсуждениеDiscussion

В данном исследовании исследовали модификацию фракций EV, продуцированных клетками. Как показано посредством анализа NTA в ранее проведенном исследовании, средний размер ПЭГилированных экзосом был чуть больше, чем у ПЭГилированных экзосом, хотя в данных экспериментах не могли установить какой-либо конкретной взаимосвязи между различием в гидродинамическом размере ПЭГилированных EV в сравнении с неПЭГилированными EV. Это может быть обусловлено 1) включением молекул ПЭГ на поверхности EV, меняющим их поведение в суспензии; 2) вымыванием ПЭГилированных EV в результате применения пластиковых пробирок, используемых для хранения/инкубации; 3) вымыванием EV из ультрацентрифужных пробирок во время стадии промывки при ультрацентрифугировании после проведения ПЭГилирования; 4) осаждением ПЭГилированных EV в результате применения пластиковых/силиконовых пипеток. Кроме того, дзета-потенциал, измеренный, используя Litesizer, показал, что поверхностный заряд неПЭГилированных EV находился в интервале от -6,65 до -18,6 мВ для серии считываний показаний, где максимум 1000 прогонов делали посредством программного обеспечения Anton Paar до тех пор, пока не был достигнут алгоритм выполнения операций над множествами для контроля качества фаз, или среднее 1000 прогонов учитывалось автоматически прибором, тогда как в случае ПЭГилированных EV в ряде прогонов, аналогично вышеуказанному для результатов по образцам 1, 2 и 6, наблюдали максимальное среднее значение дзета-потенциала -0,40 мВдо минимум -23,6 мВ, хотя последующие считывания показаний измерения дзета-потенциала, как наблюдалось, имели заметную тенденцию, заключающуюся в значимо более низких значениях, чем исходные считывания, что свидетельствует о модификации поверхностных характеристик ПЭГилированных EV за счет приложенного напряжения и ПЭГилирования EV, эффективно приводящего поверхностный заряд EV к нейтральному значению. Это явление может в действительности помочь объяснить тот факт, что модификация поверхности экзосом обратима, что является возможным объяснением для наблюдения того, что модификация поверхности низкомолекулярным ПЭГ не препятствовала клеточному трансмембранному поглощению экзосом, как ожидали авторы изобретения.In this study, the modification of EV fractions produced by cells was investigated. As shown by NTA analysis in a previous study, the average size of PEGylated exosomes was slightly larger than that of PEGylated exosomes, although these experiments could not establish any particular relationship between the difference in hydrodynamic size of PEGylated EVs versus non-PEGylated EVs. This may be due to 1) the inclusion of PEG molecules on the EV surface, which changes their behavior in suspension; 2) washout of PEGylated EVs from plastic storage/incubation tubes; 3) washout of EV from ultracentrifuge tubes during the washing step of ultracentrifugation after PEGylation; 4) precipitation of PEGylated EVs using plastic/silicone pipettes. In addition, the zeta potential measured using the Litesizer showed that the surface charge of the non-PEGylated EVs ranged from -6.65 to -18.6 mV for a series of readings where a maximum of 1000 runs were done with the Anton Paar software until until the algorithm for performing operations on sets for phase quality control was reached, or the average of 1000 runs was taken into account automatically by the instrument, while in the case of PEGylated EVs in a number of runs, similar to the above results for samples 1, 2 and 6, the maximum average was observed zeta potential -0.40 mV to a minimum of -23.6 mV, although subsequent readings of the zeta potential measurement were observed to have a marked trend of significantly lower values than the initial readings, suggesting a modification in the surface characteristics of PEGylated EVs by applied voltage and EV PEGylation effectively neutralizing the EV surface charge. This phenomenon may indeed help explain the fact that the surface modification of exosomes is reversible, which is a possible explanation for the observation that the surface modification with low molecular weight PEG did not interfere with cellular transmembrane uptake of exosomes, as the inventors expected.

Еще один анализ дзета-потенциала посредством повторных измерений одного и того же образца проводили в анализах с одним прогоном, хотя результаты были неубедительными, может быть из-за способности хранения или взаимодействий ПЭГ с пластмассой. Для дальнейшего уменьшения взаимодействия пластмассовых пробирок с частицами ПЭГ во время ПЭГилирования, стадию инкубации проводили посредством использования стеклянных флаконов, несмотря на то, что стадию ультрацентрифугирования с использованием пластмассовых ультрацентрифужных пробирок нельзя было обойти, также нельзя было обойти применение пластмассовых/силиконовых пипеток во время переноса ДСФЭ-ПЭГ или ПЭГилированных EV. В будущем, авторы изобретения будут модифицировать свои экспериментальные методики соответствующим образом, посредством применения стеклянных сосудов и приборов, таких как пипетки, и модификации методики очистки EV после ПЭГилирования посредством перехода на SEC хроматографию (от англ. Size-exclusion chromatography - Эксклюзионная хроматография). Также наблюдали, что ДСФЭ-ПЭГ возможно деградировал, когда проводили некоторые из данных экспериментов, хотя авторы изобретения наблюдали положительные значения в случае мод в некоторых из образцов, указывая на то, что эффективное ПЭГилирование было возможным, используя больше ПЭГ. Это является явным указанием на то, что некоторые EV были ПЭГилированы, поскольку PBS сам по себе не будет вызывать сдвиг пика распределения в сторону положительных значений, и что присутствие молекул ПЭГ на мембране экзосом почти нейтрализовало поверхностный заряд. Кроме того, поскольку образцы экзосом требовали дополнительной стадии ультрацентрифугирования для удаления избытка молекул ПЭГ, фактическое число частиц после выделения экзосом может быть выше, чем число, получаемое после процедуры ПЭГилирования.Another zeta potential analysis via repeated measurements of the same sample was performed in single run assays, although results were inconclusive, possibly due to storage capacity or PEG-plastic interactions. To further reduce the interaction of plastic tubes with PEG particles during PEGylation, the incubation step was carried out by using glass vials, although the ultracentrifugation step using plastic ultracentrifuge tubes could not be bypassed, the use of plastic/silicone pipettes during DSPE transfer could not be bypassed either. -PEG or PEGylated EV. In the future, the inventors will modify their experimental procedures accordingly, by using glass vessels and instruments such as pipettes, and modifying the purification procedure for EV after PEGylation by switching to SEC chromatography (from the English. Size-exclusion chromatography - Exclusion chromatography). It was also observed that DSPE-PEG was possibly degraded when some of these experiments were performed, although the inventors observed positive values for modes in some of the samples, indicating that efficient PEGylation was possible using more PEG. This is a clear indication that some of the EVs were PEGylated, as PBS alone would not cause a positive peak shift in the distribution, and that the presence of PEG molecules on the exosome membrane nearly neutralized the surface charge. In addition, since exosome samples required an additional ultracentrifugation step to remove excess PEG molecules, the actual number of particles after exosome isolation may be higher than the number obtained after the PEGylation procedure.

hMCK также трансдуцировали, хотя с исходной задержкой стабильная трансдукция была достижима при примерно MOI, равной 4 или больше, используя протокол вращения. На изображениях флуоресценции, полученных от трансдуцированных клеток, показана флуоресценция GFP во всех трансдуцированных клетках, которая является результатом слитого белка CFTR-EGFP и EGFP контрольного лентивируса. Это показано на Фиг. 22-25, показаны GFP-позитивные МСК, сфотографированные на флуоресцентном микроскопе после посева клеток на предметные стекла, фиксации и окрашивания ядер DAPI (синий). Это подтверждает наличие клеток, не только автофлуоресценции. Предоставлены два увеличения, показывающие экспрессию GFP во всех клетках.hMCK was also transduced, although with initial delay, stable transduction was achievable at about MOI of 4 or greater using a rotation protocol. Fluorescence images from transduced cells show GFP fluorescence in all transduced cells, which is the result of a CFTR-EGFP and control lentivirus EGFP fusion protein. This is shown in FIG. 22-25 show GFP-positive MSCs photographed under a fluorescence microscope after seeding the cells on glass slides, fixing and staining nuclei with DAPI (blue). This confirms the presence of cells, not just autofluorescence. Two magnifications are provided showing GFP expression in all cells.

В заключение, показано, что EV могут быть ПЭГилированы для придания способностей проникновения через слизь, не оказывая влияния на внутриклеточное перемещение EV - как было предположено, возможно дополнительное исследование ПЭГилирования с использованием улучшенных и конкретных инструментов - и EV могут быть охарактеризованы - опять же это могут быть проведены дополнительные исследования для крупномасштабного производства. Характеристика EV и белков из CFTR-сверхэкспрессирующих клеток в отношении сверхэкспрессии белка CFTR с использованием анализа РНК, гена и белка дополнительно покажет эффективную трансдукцию и подтверждение концепции. Функциональный перенос экспрессии CFTR, опосредованный данными экзосомами (в сравнении с отрицательными контролями), будет оцениваться в моделях поверхности раздела воздух-жидкость эпителиальных клеток CF, поскольку данная модель воспроизводит условия, включая слизистый барьер, с которыми вдыхаемый аэрозоль столкнется, как только капли аэрозоля осядут в легком, пораженном CF. Ожидают, что данные эксперименты демонстрируют значимые улучшения, по сравнению с подходами к переносу генов, опосредованному вирусным вектором и наночастицами, современного уровня техники, а именно более высокую эффективность трансдукции, функциональный перенос белка CFTR и мРНК фактически во все клетки в культуре, и демонстрацию функциональности активных агентов, вводимых в эпителиальные клетки CF, посредством оценки транспорта хлорид-иона в экспериментах с культурами трансдуцированных клеток с использованием камеры Уссинга.In conclusion, it has been shown that EVs can be PEGylated to confer mucus permeability without interfering with intracellular EV trafficking - as has been suggested, further PEGylation testing using improved and specific tools is possible - and EVs can be characterized - again this can be more research should be done for large-scale production. Characterization of EVs and proteins from CFTR-overexpressing cells for CFTR protein overexpression using RNA, gene and protein analysis will further show efficient transduction and proof of concept. The functional transfer of CFTR expression mediated by these exosomes (versus negative controls) will be evaluated in air-liquid interface models of CF epithelial cells, since this model reproduces the conditions, including the mucosal barrier, that the inhaled aerosol will encounter once the aerosol droplets have settled. in a lung affected by CF. These experiments are expected to demonstrate significant improvements over the state of the art viral vector and nanoparticle mediated gene transfer approaches, namely higher transduction efficiency, functional transfer of CFTR protein and mRNA to virtually all cells in culture, and demonstration of functionality. active agents administered to CF epithelial cells by evaluating chloride ion transport in transduced cell culture experiments using a Ussing chamber.

Кроме того, увеличение выделения EV с использованием технологий на основе биореактора с высокой плотностью клеток и с использованием более эффективных и коммерчески масштабируемых путей выделения EV, таких как тангенциальная поточная фильтрация и Эксклюзионная хроматография, может повышать выход EV. Применение иммортализованных стволовых клеток, которые трансдуцированы лентивирусом со сверхэкспрессией CFTR, для создания главного банка клеток, который был бы способен достоверно продуцировать сверхэкспрессируемые рекомбинантные нуклеиновые кислоты на протяжении увеличенного количества пассажей, также является крайне полезным для получения EV в промышленном масштабе. Дополнительная оптимизация протокола ПЭГилирования может нейтрализовать заряд EV, выделенных из CFTR-трансдуцированных мезенхимальных стволовых клеток, без большой потери, особенно хранение и перенос ДСФЭ-ПЭГ и ПЭГилированных образцов с использованием устройства для сохранения органического раствора.In addition, increasing EV recovery using high cell density bioreactor-based technologies and using more efficient and commercially scalable EV recovery routes such as tangential flow filtration and size exclusion chromatography can increase EV yield. The use of immortalized stem cells that are transduced with lentivirus overexpressing CFTR to create a master cell bank that is capable of reliably producing overexpressed recombinant nucleic acids over an increased number of passages is also extremely useful for generating EV on an industrial scale. Further optimization of the PEGylation protocol can neutralize the charge of EVs isolated from CFTR-transduced mesenchymal stem cells without much loss, especially storage and transfer of DSPE-PEG and PEGylated samples using an organic solution storage device.

СсылкиLinks

Bai, L. et al. (2017) «Effects of Mesenchymal Stem Cell-Derived Exosomes on Experimental Autoimmune Uveitis*, Scientific Reports, 7(1), pp. 1-11.Bai, L. et al. (2017) "Effects of Mesenchymal Stem Cell-Derived Exosomes on Experimental Autoimmune Uveitis*", Scientific Reports, 7(1), pp. 1-11.

Beach, A. et al. (2014) «Exosomes: An overview of biogenesis, composition and role in ovarian сапсег», Journal of Ovarian Research. Journal of Ovarian Research, 7(1), pp. 1-10.Beach, A. et al. (2014) "Exosomes: An overview of biogenesis, composition and role in ovarian canine", Journal of Ovarian Research. Journal of Ovarian Research, 7(1), pp. 1-10.

Cheng, Y. et al. (2018) «Effect of pH, temperature and freezing-thawing on quantity changes and cellular uptake of exosomes», Protein and Cell.Cheng, Y. et al. (2018) "Effect of pH, temperature and freezing-thawing on quantity changes and cellular uptake of exosomes", Protein and Cell.

Chia, D., Katsiougiannis, S., Kim, Y., Singh, R., and Wong, D. (2016). Saliva exosomesfrom pancreatic tumor-bearing mice modulate NK cell phenotype and antitumor cytotoxicity. The Faseb Journal, 31(3): 998-1010.Chia, D., Katsiougiannis, S., Kim, Y., Singh, R., and Wong, D. (2016). Saliva exosomesfrom pancreatic tumor-bearing mice modulate NK cell phenotype and antitumor cytotoxicity. The Faceb Journal, 31(3): 998-1010.

Chia, В., Low, Y, Wang, Q., Li, P. and Gao, Z. (2017). Advances in exosome quantification techniques. Trends in Analytical Chemistry, 0165-9936.Chia, B., Low, Y, Wang, Q., Li, P. and Gao, Z. (2017). Advances in exosome quantification techniques. Trends in Analytical Chemistry, 0165-9936.

De Того, J. et al. (2015) «Emerging roles of exosomes in normal and pathological conditions: New insights for diagnosis and therapeutic applications*, Frontiers in Immunology, 6(MAY), pp. 1-12.De Togo, J. et al. (2015) "Emerging roles of exosomes in normal and pathological conditions: New insights for diagnosis and therapeutic applications*", Frontiers in Immunology, 6(MAY), pp. 1-12.

Denzer, K. et al. (2000) «Exosome: from internal vesicle of multivesicular body to intercellular signaling device*. Journal of cell science, 113 Pt 19(19), pp. 3365-74.Denzer, K. et al. (2000) "Exosome: from internal vesicle of multivesicular body to intercellular signaling device*. Journal of cell science, 113 Pt 19(19), pp. 3365-74.

Deregibus, M. C. et al. (2016) «Charge-based precipitation of extracellular vesicles*, International Journal of Molecular Medicine, 38(5), pp. 1359-1366.Deregibus, M. C. et al. (2016) Charge-based precipitation of extracellular vesicles*, International Journal of Molecular Medicine, 38(5), pp. 1359-1366.

Degiorgio, V., Corti, M. and Giglio, M. Light Scattering in Liquids and Macromolecular Solutions. (1979). Plenum Press, New York. See Section II, p.111 on micelles, p.125 on vesicles, and p.139 on microemulsionsDegiorgio, V., Corti, M. and Giglio, M. Light Scattering in Liquids and Macromolecular Solutions. (1979). Plenum Press, New York. See Section II, p.111 on micelles, p.125 on vesicles, and p.139 on microemulsions

Gerlach, J., Maguire, C, Kruger, A., Joshi, L., Prina-Mello, A., and Griffin, M. (2017). Urinary nanovesicles captured by lectins or antibodies demonstrate variations in size and surface glycosylation profile. Nanomedicine, 12:11.Gerlach, J., Maguire, C, Kruger, A., Joshi, L., Prina-Mello, A., and Griffin, M. (2017). Urinary nanovesicles captured by lectins or antibodies demonstrate variations in size and surface glycosylation profile. Nanomedicine, 12:11.

Hole, P., Sillence, K., Hannell, C, Maquire, C,, Roesslein, M., Suarez, G., Capracotta, S., Magdolenova, Z., Horev-Azaria, L., Dybowska, A., Cooke, L., Haase, A., Contal, S., Mano, S., Vennemann, A12., Sauvain, J., Staunton, K., Anguissola, S., Lunch, A., Dusinska, M., Korenstein, R., Gutleb, A., Wiemann, M., Prina-Mello, A2., Riediker, M., Wick, P. (2013). Interlaboratory comparison of size measurements on nanoparticles using nanoparticle tracking analysis (NTA). Journal of Nanoparticle Research, 15:2101Hole, P., Sillence, K., Hannell, C, Maquire, C,, Roesslein, M., Suarez, G., Capracotta, S., Magdolenova, Z., Horev-Azaria, L., Dybowska, A. , Cooke, L., Haase, A., Contal, S., Mano, S., Vennemann, A12., Sauvain, J., Staunton, K., Anguissola, S., Lunch, A., Dusinska, M. , Korenstein, R., Gutleb, A., Wiemann, M., Prina-Mello, A2., Riediker, M., Wick, P. (2013). Interlaboratory comparison of size measurements on nanoparticles using nanoparticle tracking analysis (NTA). Journal of Nanoparticle Research, 15:2101

Kooijmans SAA, Fliervoet LAL, van der Meel R, Fens MHAM, Heijnen HFG, van Bergen En Henegouwen PMP, Vader P, Schiffelers RM. PEGylated and targeted extracellular vesicles display enhanced cell specificity and circulation time. J Control Release. 2016 Feb 28;224:77-85Kooijmans SAA, Fliervoet LAL, van der Meel R, Fens MHAM, Heijnen HFG, van Bergen En Henegouwen PMP, Vader P, Schiffelers RM. PEGylated and targeted extracellular vesicles display enhanced cell specificity and circulation time. J Control Release. 2016 Feb 28;224:77-85

Lai, R. C. et al. (2013) «Exosomes for drug delivery - a noval application for the mesenchymal stem cell*, Biotechnology Advances, 31(5), pp. 543-551.Lai, R. C. et al. (2013) "Exosomes for drug delivery - a noval application for the mesenchymal stem cell*", Biotechnology Advances, 31(5), pp. 543-551.

Lankford, К. L. et al. (2018) «lntravenously delivered mesenchymal stem cell-derived exosomes target M2-type macrophages in the injured spinal cord», PloS ONE, 13(1), pp. 7-11.Lankford, K. L. et al. (2018) "Intravenously delivered mesenchymal stem cell-derived exosomes target M2-type macrophages in the injured spinal cord", PloS ONE, 13(1), pp. 7-11.

Lin, J. et al. (2015) «Exosomes: Novel Biomarkers for Clinical Diagnosis*, The Scientific World Journal, 2015, pp. 1-8.Lin, J. et al. (2015) Exosomes: Novel Biomarkers for Clinical Diagnosis*, The Scientific World Journal, 2015, pp. 1-8.

Lou, G. et al. (2017) «Mesenchymal stem cell-derived exosomes as a new therapeutic strategy for liver diseases*, Experimental and molecular medicine. Nature Publishing Group, 49(6), p.e346.Lou, G. et al. (2017) “Mesenchymal stem cell-derived exosomes as a new therapeutic strategy for liver diseases*, Experimental and molecular medicine. Nature Publishing Group, 49(6), p.e346.

Li, C, Huang, Q., Zhang, G., Yang, Z., Lu, W., Zhang, R., Tian, M., Li, L. and Liang, D. (2009). Influence of anchoring ligands and particle size on the colloidal stability and in vivo bio-distribution of polyethylene glycol-coated gold na no particles in tumor-xenografted mice. Biomaterials, 30:10Li, C, Huang, Q., Zhang, G., Yang, Z., Lu, W., Zhang, R., Tian, M., Li, L. and Liang, D. (2009). Influence of anchoring ligands and particle size on the colloidal stability and in vivo bio-distribution of polyethylene glycol-coated gold on no particles in tumor-xenografted mice. Biomaterials, 30:10

Maguire, P., Parsons, M., McParland, D., Szklanna, P., Guang, M., O'connell, K., O'connor, H., McGuigan, C, Ainle, F. and McCann, A. (2017). A protocol for Improved Precision and Increased Confidence in Nanoparticle Tracking Analysis Concentration Measurements between 50 and 120 nm in Biological Fluids. Frontiers in Cardiovascular Medicine, 4:68.Maguire, P., Parsons, M., McParland, D., Szklanna, P., Guang, M., O'connell, K., O'connor, H., McGuigan, C, Ainle, F. and McCann, A. (2017). A protocol for Improved Precision and Increased Confidence in Nanoparticle Tracking Analysis Concentration Measurements between 50 and 120 nm in Biological Fluids. Frontiers in Cardiovascular Medicine, 4:68.

Nag. O., and Awasthi, V., (2013). Surface Engineering of Liposomes for Stealth Behavior. Pharmaceutics, 5(4): 542-569.Nag. O., and Awasthi, V., (2013). Surface Engineering of Liposomes for Stealth Behavior. Pharmaceutics, 5(4): 542-569.

Nag, О. K. et al. (2013) «Post-modification of preformed liposomes with novel non-phospholipid poly(ethylene glycol)-conjugated hexadecylcarbamoylmethylhexadecanoic acid for enhanced circulation persistence in vivo», International journal of pharmaceutics, 446(0), pp. 119-129.Nag, O. K. et al. (2013) "Post-modification of preformed liposomes with novel non-phospholipid poly(ethylene glycol)-conjugated hexadecylcarbamoylmethylhexadecanoic acid for enhanced circulation persistence in vivo", International journal of pharmaceutics, 446(0), pp. 119-129.

Niu, Z. et al. (2017) «Polymer-based precipitation preserves biological activities of extracellular vesicles from an endometrial cell line», PloS ONE, 12(10), pp. 1-21.Niu, Z. et al. (2017) "Polymer-based precipitation preserves biological activities of extracellular vesicles from an endometrial cell line", PloS ONE, 12(10), pp. 1-21.

O'Neill CP, Gilligan KE, Dwyer RM. Role of Extracellular Vesicles (Evs) in Cell Stress Response and Resistance to Cancer Therapy. Cancers (Basel). 2019 Jan 24;11(2).O'Neill CP, Gilligan KE, Dwyer RM. Role of Extracellular Vesicles (Evs) in Cell Stress Response and Resistance to Cancer Therapy. Cancers (Basel). 2019 Jan 24;11(2).

Sato, Y. T. et al. (2016) «Engineering hybrid exosomes by membrane fusion with liposomes*, Scientific Reports. Nature Publishing Group, 6(February), pp. 1-11.Sato, Y. T. et al. (2016) Engineering hybrid exosomes by membrane fusion with liposomes*, Scientific Reports. Nature Publishing Group, 6(February), pp. 1-11.

Stahl PD, Raposo G. Extracellular Vesicles: Exosomes and Microvesicles, Integrators of Homeostasis. Physiology (Bethesda). 2019 May 1;34(3):169-177.Stahl PD, Raposo G. Extracellular Vesicles: Exosomes and Microvesicles, Integrators of Homeostasis. Physiology (Bethesda). 2019 May 1;34(3):169-177.

Sugama, S. et al. (2017) «HHS Public Access*, pp. 39-46.Sugama, S. et al. (2017) HHS Public Access*, pp. 39-46.

Suk, J. S. etal. (2017) «HHS Public Access*, pp. 28-51.Suk, J. S. et al. (2017) HHS Public Access*, pp. 28-51.

Thery, С, Amigorena, S., Raposo, G. and Clayton, A. (2006). Isolation and characterization of exosomes from cell culture supernatants and biological fluids. Current Protocols in Cell Biology, 3: 3.22.Thery, C, Amigorena, S., Raposo, G. and Clayton, A. (2006). Isolation and characterization of exosomes from cell culture supernatants and biological fluids. Current Protocols in Cell Biology, 3: 3.22.

Claims (18)

1. Водная композиция для доставки груза к клеткам легкого, способная к аэрозолизации, содержащая экзосомы из мезенхимальных стволовых клеток (МСК), имеющие поверхностное покрытие из гидрофильного полимера полиэтиленгликоля (ПЭГ), причем экзосомы несут указанный груз, содержащий микроРНК (miR), анти-miR, мРНК, длинную некодирующую РНК, кольцевую РНК, малую интерферирующую РНК, короткую шпилечную РНК, piwi-взаимодействующую РНК, последовательность РНК кластерных коротких палиндромных повторов, разделенных регулярными промежутками (CRISPR), модификации вышеуказанного или искусственно сконструированные последовательности нуклеиновых кислот, белок, цитокин или липид, где ПЭГ имеет молекулярную массу меньше чем 5 кДа, поверхностное покрытие покрывает по меньшей мере 65% поверхности экзосом.1. Aqueous composition for delivering cargo to lung cells, capable of aerosolization, containing exosomes from mesenchymal stem cells (MSCs) having a surface coating of a hydrophilic polymer of polyethylene glycol (PEG), moreover, the exosomes carry the specified cargo containing microRNA (miR), anti- miR, mRNA, long non-coding RNA, cRNA, small interfering RNA, short hairpin RNA, piwi-interacting RNA, regular-spaced clustered short palindromic repeat (CRISPR) RNA sequence, modifications of the above or engineered nucleic acid sequences, protein, cytokine or a lipid, where the PEG has a molecular weight of less than 5 kDa, the surface coating covers at least 65% of the surface of the exosomes. 2. Композиция по п. 1, в которой гидрофильный полимер содержит дистеароилфосфатидилэтаноламин-полиэтиленгликоль (ДСФЭ-ПЭГ).2. The composition according to claim 1, in which the hydrophilic polymer contains distearoylphosphatidylethanolamine-polyethylene glycol (DSPE-PEG). 3. Композиция по п. 1 или 2, в которой полимер, покрывающий поверхность, имеет молекулярную массу меньше 3 кДа.3. A composition according to claim 1 or 2, wherein the surface coating polymer has a molecular weight of less than 3 kDa. 4. Композиция по любому из пп. 1-3, в которой в экзосомах имеется груз, содержащий микроРНК (miR).4. The composition according to any one of paragraphs. 1-3, in which exosomes have a cargo containing microRNA (miR). 5. Композиция по п. 4, в которой miR выбрана из miR-125b-5p, miR-125b-1-3p, miR- 513a-5p и miR-17.5. Composition according to claim 4, wherein miR is selected from miR-125b-5p, miR-125b-1-3p, miR-513a-5p and miR-17. 6. Композиция по любому из пп. 1-3, в которой в экзосомах имеется груз, содержащий мРНК или ее транслированный белок.6. Composition according to any one of paragraphs. 1-3, in which exosomes have a cargo containing mRNA or its translated protein. 7. Композиция по п. 6, в которой мРНК представляет собой модифицированную мРНК регулятора трансмембранной проводимости при кистозном фиброзе (CFTR).7. The composition of claim 6 wherein the mRNA is a modified cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) mRNA. 8. Композиция по любому из пп. 1-7 для применения в терапии заболевания легкого.8. The composition according to any one of paragraphs. 1-7 for use in therapy of lung disease. 9. Композиция по п. 8 для применения в терапии рака.9. Composition according to claim 8 for use in cancer therapy. 10. Композиция по п. 8, где терапия предназначена для лечения кистозного фиброза, хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ), рака легкого или другого патологического состояния легкого.10. The composition of claim. 8, where the therapy is for the treatment of cystic fibrosis, chronic obstructive pulmonary disease (COPD), lung cancer or other pathological condition of the lung. 11. Композиция по п. 10, где экзосомы содержат терапевтический груз, который содержит по меньшей мере одну экзогенную мРНК, белок, miR или анти-miR.11. The composition of claim 10, wherein the exosomes contain a therapeutic cargo that contains at least one exogenous mRNA, protein, miR, or anti-miR. 12. Композиция по любому из пп. 10, 11, где экзосомы происходят из мезенхимальных стволовых клеток, генетически модифицированных для сверхэкспрессии специфичных miR, анти-miR, мРНК или другой нуклеиновой кислоты и зрелого белка в качестве терапевтических грузов.12. The composition according to any one of paragraphs. 10, 11, where exosomes originate from mesenchymal stem cells genetically modified to overexpress specific miR, anti-miR, mRNA or other nucleic acid and mature protein as therapeutic cargo. 13. Способ лечения пациента, имеющего заболевание легкого, включающий: 13. A method of treating a patient with a lung disease, including: предоставление композиции по любому из пп. 1-7;providing a composition according to any one of paragraphs. 1-7; образование аэрозоля экзосом данной композиции; иthe formation of an aerosol of exosomes of this composition; And введение данного аэрозоля пациенту.administration of this aerosol to the patient. 14. Способ по п. 13, включающий образование аэрозоля с использованием небулайзера.14. The method of claim. 13, including the formation of an aerosol using a nebulizer. 15. Способ по п. 14, включающий образование аэрозоля с использованием вибрационного меш-небулайзера.15. The method of claim. 14, including the formation of an aerosol using a vibrating mesh nebulizer.
RU2021105455A 2018-08-10 2019-08-09 Extracellular vesicles for inhalation RU2799315C2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18188591.4 2018-08-10
EP19154302.4 2019-01-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2021105455A RU2021105455A (en) 2022-09-12
RU2799315C2 true RU2799315C2 (en) 2023-07-04

Family

ID=

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015002956A1 (en) * 2013-07-01 2015-01-08 Ohio State Innovation Foundation Exosome delivery system
WO2017075708A1 (en) * 2015-11-05 2017-05-11 Exerkine Corporation Exosomes useful to treat cystic fibrosis

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015002956A1 (en) * 2013-07-01 2015-01-08 Ohio State Innovation Foundation Exosome delivery system
WO2017075708A1 (en) * 2015-11-05 2017-05-11 Exerkine Corporation Exosomes useful to treat cystic fibrosis

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KIM M.S. et al. Engineering macrophage-derived exosomes for targeted paclitaxel delivery to pulmonary metastases: in vitro and in vivo evaluations // Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine. - 2018. - Vol. 14. - No. 1. - P. 195-204. *
KLEEMANN E. et al. Iloprost-containing liposomes for aerosol application in pulmonary arterial hypertension: formulation aspects and stability // Pharmaceutical research. - 2007. - Vol. 24. - No. 2. - P. 277-287. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7480143B2 (en) Extracellular vesicles for inhalation
Baghdan et al. Lipid coated chitosan-DNA nanoparticles for enhanced gene delivery
Liu et al. Extracellular vesicles: Emerging tools as therapeutic agent carriers
Rezaie et al. Cardioprotective role of extracellular vesicles: a highlight on exosome beneficial effects in cardiovascular diseases
US20170304368A1 (en) Polarization of macrophages to a healing phenotype by cardiosphere-derived cells and by the exosomes secreted by such cells
CN111265549B (en) Surface PD-L1 molecule over-expressed mesenchymal stem cell membrane coated bionic nanoparticle and preparation and application thereof
JP2022523027A (en) Vaccine derived from annuclear cells
JP2017526388A (en) Isolation of exosomes
CN111655292A (en) Cellular biologicals and therapeutic uses thereof
Geng et al. Recent advancement and technical challenges in developing small extracellular vesicles for cancer drug delivery
Murgia et al. Modelling the bronchial barrier in pulmonary drug delivery: a human bronchial epithelial cell line supplemented with human tracheal mucus
CN113398283B (en) Inhalable atomization microsphere based on biomembrane coupling, preparation method and application
JP2022531473A (en) Tailored hypoimmune nanovesicle delivery system for cancer tumors
US20230157966A1 (en) Compositions and methods related to megakaryocyte-derived extracellular vesicles
JP2021506795A (en) Methods and Compositions for Treating Cancer Using Exosome-Related Gene Editing
Pondman et al. Nanoparticle-induced immune response: Health risk versus treatment opportunity?
Hur et al. Genetically stable and scalable nanoengineering of human primary T cells via cell mechanoporation
Huang et al. Erythrocyte membrane based cationic polymer-mcDNA complexes as an efficient gene delivery system
RU2799315C2 (en) Extracellular vesicles for inhalation
Nakamura et al. Delivery of condensed DNA by liposomal non-viral gene delivery system into nucleus of dendritic cells
JP2023508096A (en) Polymer nanoparticles for enhanced cancer therapy
WO2019157316A2 (en) Methods and devices for the isolation of subcellular components
Shadmani et al. Fabrication of Biomimetic Cell Membrane-Functionalized Nanosystems
JP2024518770A (en) Compositions and methods relating to megakaryocyte-derived extracellular vesicles for Fanconi anemia
Paul et al. ExoDS: a versatile exosome-based drug delivery platform to target cancer cells and cancer stem cells