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在1980年代首次發現時，「外泌體」（exosome）曾被認為是對細胞無用的廢棄物質。不過在隨後的研究卻發現外泌體會在細胞間傳遞信息，並對多種生物過程調節具有重要作用，因此日益受到重視及關注。
 
作為細胞外囊泡（extracellular vesicles）〔註〕的一種，外泌體可在局部範圍或是全身性的細胞之間調節細胞與細胞間的溝通，影響許多細胞層次的生理和病理過程，包括細胞分化、增殖、凋亡等，對於整個器官、系統的調節至關重要。
 

〔註〕生物體細胞內部會產生許多微小囊泡，並以細胞膜包覆釋放至細胞外中，這些釋放至細胞外的微小囊泡統稱為細胞外囊泡。由不同細胞類型釋放的細胞外囊泡包含各種生物分子，如蛋白質、核酸、脂質等，可在細胞間傳遞信息，影響各種生物學機制。

 
依囊泡尺寸及形成方式的差異，細胞外囊泡還可細分成多種，本文主角外泌體就是其中一種，為細胞在胞吞作用（endocytosis）後產生的晚期胞內體（endosome）的衍生物。外泌體的形成是由特定蛋白質併入內陷的細胞膜後，與細胞質（cytoplasm）一起重新被包覆所形成的微小囊泡體，直徑約為30～200奈米（nm），會再與細胞膜融合並被釋放到細胞外。
 

外泌體的功能及相關應用

外泌體在免疫系統中的角色尤為重要，細胞透過釋放外泌體來傳遞訊號，並調節免疫細胞展現不同的免疫反應。因此，隨著發現外泌體在免疫調節扮演的角色愈趨重要，生醫產業便試圖利用外泌體調節病患的免疫系統，進而達到治療效果。
 
再者，研究發現外泌體內的物質組成可以反映出特定細胞的發展狀況（例如癌細胞的進程），進而推斷出患者的疾病狀態。甚至在其他研究中還發現到外泌體與心血管疾病、中樞神經系統疾病、傳染病等臨床疾病息息相關。外泌體由脂雙層膜包覆，且膜上嵌有許多特異性蛋白。這意味著，可以將外泌體視為一種新的生物標記（biomarker），透過偵測外泌體的特異性蛋白來進行疾病診斷、監測和治療反應的評估。
 
此外，由於外泌體為雙層膜奈米級囊泡，且具有可在細胞間傳遞的特性，也可以做為裝載藥物的載體，藉以實現更精準的治療。
 

外泌體應用需克服的技術門檻

不管是從生理基本特性或是可應用領域來看，外泌體儼然是生技醫藥界的超新星。據報導，目前全球有超過50間廠商正在進行外泌體技術研發，產值預估可超過五億美元，顯示此技術正值高度成長期。然而，外泌體技術也與所有生技醫藥領域相關研究有著相似的課題——從實驗室的研究成果到躍上生產線落實產業化之間，仍有部分技術問題有待克服。
 
目前各界對外泌體期待的諸多臨床應用，包含檢測診斷、治療藥物等，都必須回溯至更上游的技術節點。外泌體的應用首先面臨到的問題包括:如何取得外泌體？如何有效生產製造？製造後要如何針對特定需求來「設計」或「建構」有用的外泌體？深入探討後會進一步發現，產業界仍需先針對基本技術所面臨到的難處找出解方，才能順利落實外泌體的後端醫療應用。
 
具體來說，現階段外泌體必定來自於細胞的生產。因此，首先需解決的問題是如何降低外泌體從細胞分離的成本，並提高收集、純化的效率。為了達到大批次製造，外泌體分離技術通常著重於解決幾個難題:如何將外泌體與其他的細胞外囊泡分開？如何降低萃取過程中對外泌體本身結構的損害？以及如何在體外保存外泌體？再者，取得分離後的外泌體後，還需基於外泌體的應用面向，進一步探討如何提升外泌體裝載藥物的效率，以及如何引導遞送外泌體至目標細胞等技術突破。這些關鍵技術都是學研單位及產業界相繼耗資投入的領域。
 

外泌體相關的專利技術分類

截至目前，相關核心技術涉及外泌體的全球公開專利文獻約有3500件，其中2017年以後申請的專利約占2／3〔註〕。申請人國別排名第一名為美國，申請案占將近50％，第二為韓國（12％），第三至第五名則分別為日本、中國、英國。顯示外泌體的研發能量在短短幾年內爆炸成長，並集中在特定國家。
 

〔註〕此處是指從五大專利局:美、日、歐、韓、中國專利檢索系統的統整結果，且不計公開與公告重複者。

 
以下筆者將外泌體專利技術類型區分為生產製造、建構靶向系統及藥物裝載三類型，並分別舉例說明。
 

生產製造

此技術主要訴求在於提高細胞生產外泌體的產量、分離效率及保存。目前各家廠商分別開發的技術有：
 
1. 透過在細胞培養基中添加特定物質（例如蛋白質或營養物），或是施以額外的能量（例如特定能量區間的震波），來增加細胞生產外泌體產量。
 
2. 為提高外泌體的純化或回收效率，在外泌體膜蛋白的基礎上製造融合蛋白以利抗體結合，或是設計特定的製程降低純化流程中的損耗率。
 

建構靶向系統

建構靶向系統的目的在於希望外泌體達成精準標的至目標細胞的功效。目前技術著重於兩大層面：
 
1. 取決於目標細胞的特性，將具靶向性的特異性功能分子（例如特定的胜肽片段或抗體）嵌至外泌體的脂雙層膜上，使外泌體可以順利標記目標細胞（包含癌細胞或是免疫細胞）。
 
2. 為了使前述特異性功能分子能更穩定地嵌在外泌體上或是與外泌體結合，有針對外泌體的支架蛋白（scaffold proteins）進行改良者，可提供非特定的訊息分子做為組裝平臺，增加訊息分子在外泌體膜上的定位，藉此進行有效的細胞間溝通。
 

藥物裝載

藥物裝載技術與前述建構靶向系統的技術密不可分。在前述靶向系統的基礎上，將原先的訊息分子或是功能性分子以具有療效的藥物取代，即為目前相關領域嘗試的方向。在此階段，無論藥物為小分子、核酸藥物、抗體，或是作為疫苗抗原，主要需克服的技術問題皆在於如何依據不同藥物特性，將藥物穩定地結合在外泌體膜上。

1. 設計可搭載特定藥物的支架蛋白，讓藥物可以定位在外泌體膜上或是外泌體內部。
 
2. 設計可與特定藥物結合的功能性分子。例如將噬菌體（bacteriophage）MS2的外殼蛋白作為外泌體膜蛋白，以辨識核酸環狀（loop）結構。再搭配設計為環狀結構的核酸藥物，以利該外殼蛋白辨識並裝載入外泌體。
 
3. 設計融合蛋白，結合核酸的多聚腺苷酸（poly-A）與特定蛋白質，將此融合蛋白與外泌體的支架蛋白連結，從而協助外泌體裝載核酸藥物。
 

主要廠商的外泌體專利布局

全球相繼投入外泌體研發的廠商眾多，目前專利申請數量前三分別為生技公司「OncoTherapy Science」、「CODIAK BIOSCIENCES」（以下簡稱CODIAK）以及學術單位的美國加州大學（University of California）。另外備受矚目、時常聽聞的「Evox Therapeutics」（以下簡稱Evox）公司的專利技術也值得討論。
 
其中，OncoTherapy Science專利數量眾多，不過該公司的技術著重在將已有的外泌體藥物平臺外接特定抗原，作為特定疾病的疫苗，屬於下游的應用。美國加州大學的外泌體研究能量則較為廣泛，包含以外泌體作為疾病診斷的生物標記，以外泌體攜帶抗原進行疫苗的開發等。
 
CODIAK的專利技術則涵蓋生產製造、建構靶向系統及藥物裝載，甚至是後端治療應用。除了以間質幹細胞製造外泌體的技術進行布局之外，CODIAK在靶向系統與藥物裝載的領域則以特殊設計的支架蛋白「PTGFRN」及「BASP1」插旗。接著再藉由專利技術的支架蛋白作為廣用平臺，攜帶特殊藥物（例如與治療胰臟癌細胞相關的STING蛋白）。
 
Evox與CODIAK的布局層面相近，涵蓋了生產製造、建構靶向系統、藥物裝載及後端應用。在生產製造方面，Evox的技術著重於外泌體的儲存配方；在支架蛋白的部分則分別建立與白蛋白結合域（albumin binding domain）或是搭載poly-A結合蛋白（poly（A）-binding protein， PABP）的融合蛋白，作為靶向系統或是藥物遞送的平臺；至於疾病治療的部分則針對罕見疾病，例如溶小體儲積症（lysosomal storage disease）。可以看到，主要外泌體大廠對各自專利布局的策略是盡可能地涵蓋上游技術至下游應用。

總結

外泌體技術的蓬勃發展可從專利技術數量及技術類型的分析來窺知一二，且目前仍有許多發展空間。相較於治療、診斷檢測的臨床端應用面，如何在外泌體上游端包括生產製造、平臺等技術前沿搶奪先機，是業界現階段的重要挑戰。