Los exosomas, también conocidos como “nanopartículas lipídicas de la naturaleza”, son un subconjunto de vesículas extracelulares liberadas por las células como parte de sus procesos fisiológicos normales o cuando se dan ciertas patologías. Están captando la atención de la comunidad científica por su capacidad de transmitir mensajes entre las células en la forma de proteínas, ácidos nucleicos y otras biomoléculas. Su potencial terapéutico y diagnóstico está generando interés tanto en el mundo corporativo como en las instituciones académicas. Para predecir y aprovechar al máximo el potencial del exosoma es importante entender el alcance y la variedad del panorama de la investigación.
En esta serie de tres partes, exploramos la historia de los exosomas antes de describir los últimos avances relacionados con ellos en los campos de la administración de medicamentos y el diagnóstico. Basándonos en los datos de CAS Content Collection™, ofrecemos una panorámica de los avances recientes en la investigación de las aplicaciones de los exosomas y repasamos las oportunidades y los desafíos de esta área que crece con rapidez.
La evolución de las aplicaciones de los exosomas
Han pasado ya más de cincuenta años desde que los investigadores observaron por primera vez unas partículas diminutas en el plasma humano. Descubrieron que ese material, que ellos llamaron “polvo de plaquetas”, era rico en lípidos y probablemente participaba en la activación de las plaquetas. Fue ya en la década de 1980 cuando estas vesículas extracelulares de entre 30 y 150 nm se definieron por primera vez y se acuñó el término “exosomas”.
Al igual que los liposomas, los exosomas se componen de una membrana lipídica y un medio acuoso interno. Sin embargo, se descubrió que los exosomas poseen una estructura más compleja y contienen un amplio conjunto de proteínas y lípidos. Los exosomas, que se producen en el compartimento endosómico de la mayoría de las células eucariotas, se liberan después al espacio extracelular mediante la fusión con la membrana plasmática. Al ser liberados por la célula que los ha secretado, transmiten mensajes a las células receptoras por medio de varios mecanismos, incluida la interacción con receptores de la superficie, la fusión de membranas y la micropinocitosis, fagocitosis o endocitosis mediada por receptor (figura 1).
Figura 1. Representación esquemática de la biogénesis y la secreción de los exosomas. El gráfico insertado muestra los componentes moleculares de los exosomas.
Desde su clasificación inicial, otros estudios han revelado que los exosomas son secretados por la mayoría de los tipos de células viables, incluidos los inmunocitos, las células epiteliales intestinales y las neuronas. Los exosomas también están presentes en varios fluidos biológicos, como la sangre, la orina, la saliva, la leche materna, el líquido amniótico, sinovial y cefalorraquídeo, e incluso las lágrimas.
La vía exosómica de tráfico intercelular desempeña un papel importante en muchos aspectos de la salud y la enfermedad, incluida la inmunidad, la homeostasis tisular y la regeneración. Los exosomas hacen posible una señalización y comunicación intercelular eficiente entre las células y a través de diversas barreras biológicas (como la barrera hematoencefálica). Los exosomas son sistemas eficaces de transporte celular, capaces de llevar una carga bioactiva, como proteínas, lípidos y ácidos nucleicos. Aunque participan en algunas actividades fisiológicas importantes, también desempeñan un papel clave en la patogenia de enfermedades como el cáncer, las enfermedades cardiovasculares y neurodegenerativas y las infecciones víricas.
Propiedades distintivas de los exosomas
Para entender cómo pueden inducir estas pequeñas partículas estos importantes efectos a gran escala, es necesario analizar sus propiedades distintivas. En primer lugar, son estables de manera natural por su membrana de doble capa lipídica, que les permite circular incluso en un microentorno tan extremo como el de los tumores. La doble capa lipídica minimiza además la capacidad inmunógena y la toxicidad, lo que favorece su estabilización en el espacio extracelular. Por su origen endógeno, los exosomas también presentan un alto grado de biocompatibilidad. Por último, tienen una excelente capacidad de penetración en los tejidos y las células. A causa de estas propiedades, los exosomas tienen el potencial de superar varias de las limitaciones asociadas con otros sistemas de administración de fármacos. De hecho, los investigadores están empezando a reconocer sus ventajas con respecto a otros sistemas de transporte de medicamentos.
Información de CAS sobre la investigación de los exosomas
Un análisis de CAS Content Collection™ —la mayor recopilación de conocimiento científico publicado seleccionada por expertos— ha revelado algunos datos fascinantes sobre las tendencias de publicación relacionadas con los exosomas. Actualmente, hay más de 40 000 publicaciones científicas (artículos de revistas y patentes) relacionadas con los exosomas y las vesículas extracelulares en CAS Content Collection, y se puede ver un crecimiento exponencial sostenido a lo largo del tiempo (figura 2).
Figura 2. Tendencias de publicación de revistas y patentes relacionadas con la investigación de los exosomas en los campos de la administración de fármacos y el diagnóstico, y asociación con la financiación de la investigación. (A) Tendencias del número de publicaciones relacionadas con el uso de los exosomas en la administración de fármacos y el diagnóstico, incluidos los artículos de revistas y las patentes. (B) Número de documentos procedentes organizaciones de EE. UU. y correlación con la financiación anual del NIH.
En los últimos 3 o 4 años, los exosomas se han impuesto a las nanopartículas lipídicas (NPL) como posibles portadores de fármacos, y el número de documentos, incluidos los artículos de revistas y las patentes, relacionados con las aplicaciones de los exosomas en la administración de medicamentos ha superado con creces el de las NPL (figura 3).
Figura 3. Tendencias de publicación sobre el uso de exosomas y nanopartículas lipídicas en aplicaciones de administración de fármacos. (A) Comparación de las tendencias en el número de publicaciones relacionadas con los exosomas y las nanopartículas lipídicas. (B) Porcentajes de publicaciones relacionadas con los exosomas (EX) y nanopartículas lipídicas (LNP) en artículos de revistas (JRN) y patentes (PAT).
Principales actores en la investigación de los exosomas
Según la información de CAS Content Collection, Estados Unidos, China, Corea y Japón encabezan la investigación de los exosomas y han producido los mayores números de artículos de revistas y patentes relacionados con este tema. La actividad de patentes relacionada con los exosomas se divide a partes iguales entre el mundo corporativo y las instituciones académicas, lo que pone de manifiesto el reconocimiento universal de su potencial en la administración de fármacos, el diagnóstico y otras aplicaciones. MD Healthcare, Codiak Biosciences y OncoTherapy Science encabezan la lista de empresas en cuanto a número de patentes, mientras que la Universidad de California, la Universidad de Louisville y la Universidad de Zhejiang ocupan los primeros puestos de la lista de universidades y hospitales (figura 4). En lo tocante a la distribución de las patentes, la Organización Mundial de la Propiedad Intelectual (OMPI) recibió el número más alto de solicitudes de patentes, seguida por las oficinas de patentes de Estados Unidos y China, la Oficina Europea de Patentes (OEP) y las oficinas de patentes de Corea y Japón.
| Empresas | Número de patentes | Universidades y hospitales | Número de patentes |
| MD Healthcare | 51 | Universidad de California | 43 |
| Codiak Biosciences | 44 | Universidad de Louisville | 28 |
| OncoTherapy Science | 33 | Universidad de Zhejiang | 26 |
| Evelo Biosciences | 26 | Hospital Xiangya de la Universidad Central del Sur | 24 |
| ExoCoBio | 24 | Universidad de Texas | 23 |
| Evox Therapeutics | 18 | Universidad de Cornell | 20 |
| Figene | 12 | National Center for Nanoscience and Technology | 17 |
| Orthogen | 11 | Cedars-Sinai Medical Center | 16 |
| Arbor Biotechnologies | 10 | Universidad del Sudeste | 15 |
| Samsung Life Public Welfare Foundation | 10 | Universidad Católica de Corea | 15 |
| Unicyte | 9 | Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea | 14 |
| Henry Ford Health System | 8 | Universidad Médica de las Fuerzas Aéreas del Ejercito Popular de Liberación | 14 |
| Cavadis | 7 | Yeditepe Universitesi | 14 |
| Exosome Therapeutics | 7 | Instituto Tecnológico de Massachusetts | 13 |
| ExoStem Biotechnic | 7 | Mayo Foundation for Medical Education Research | 12 |
| Reneuron Limited | 7 | Morehouse School of Medicine | 12 |
| Biorchestra | 6 | Innovation Foundation, Universidad Estatal de Ohio | 12 |
| Flagship Pioneering Innovations | 6 | The General Hospital Corporation | 12 |
| Isis Innovation Limited | 6 | Universidad de Jinan | 11 |
| NanoSomix | 6 | Universidad de Soonchunhyang | 11 |
Figura 4. Principales cesionarios de patentes de empresas (A) y universidades y hospitales (B) para patentes relacionadas con las aplicaciones de los exosomas en la administración de fármacos y el diagnóstico.
El potencial de los exosomas
Debido a sus excepcionales propiedades y a su papel en una amplia gama de procesos fisiológicos y patológicos, los exosomas se han convertido en una de las estrellas en alza en los campos de la administración de fármacos y el diagnóstico. Las posibles aplicaciones de estos nanoportadores naturales parecen ilimitadas, y también se están explorando otras aplicaciones en el ámbito de los cosméticos y la alimentación.
En nuestra próxima entrada de la serie, profundizaremos en las principales aplicaciones de los exosomas en la administración de fármacos y el diagnóstico y ofreceremos más información de CAS Content Collection. Mientras tanto, puede obtener más información sobre este tema en el informe sobre los exosomas de CAS Insights.
