L'évolution de l'exosome : un intervenant mineur devenu étoile montante

Surnommés les « nanoparticules lipidiques de la nature », les exosomes sont un sous-ensemble nanométrique de vésicules extracellulaires libérées par les cellules dans le cadre de leur physiologie normale ou dans certaines pathologies. Ils attirent l'attention de la communauté scientifique en raison de leur aptitude à transporter des messages entre les cellules sous forme de protéines, d'acides nucléiques et d'autres biomolécules. Leurs promesses en termes de thérapeutiques et de diagnostic suscite l'intérêt des entreprises comme des établissements de recherche. Pour prévoir et exploiter pleinement le potentiel de l'exosome, il est important de comprendre la profondeur et l'ampleur du paysage de la recherche.

Dans cette série en trois parties, nous explorons l'histoire des exosomes, avant de décrire la dernière recherche exosomale en termes d'administration de médicaments et de diagnostic. En utilisant les informations extraites de la CAS Collection de contenus™, nous présentons une vue du paysage des progrès récents de la recherche sur les applications des exosomes, tout en mettant en lumière les opportunités et les défis de ce secteur en évolution rapide.

L'évolution des applications des exosomes

Il y a plus de 50 ans que les chercheurs ont découvert de minuscules particules présentes dans le plasma humain. Ils ont constaté que ce matériau, qu'ils surnommèrent « poussière de plaquettes », était riche en lipides et susceptible de participer à l'activation des plaquettes. Il fallut pourtant attendre les années 1980 pour que ces vésicules extracellulaires de 30 à 150 nm soient définies pour la première fois et que le terme « exosomes » fasse son apparition.

Tout comme les liposomes, les exosomes se composent d'une membrane lipidique et d'un milieu intérieur aqueux. Toutefois, les exosomes se sont avérés plus complexes en termes de structure, contenant une grande diversité de protéines et de lipides. Produits dans le compartiment endosomal de la plupart des cellules eukaryotes, les exosomes sont ensuite libérés dans l'espace extracellulaire par une fusion avec la membrane plasmatique. Une fois libérés de la cellule secrétrice, ils transmettent des messages à des cellules destinataires via plusieurs mécanismes, notamment l'interaction avec les récepteurs de surface, mais aussi l'endocytose induite par le récepteur, la phagocytose et/ou la micropinocytose (Figure 1).

Figure 1. Représentation schématique de la biogenèse et de la sécrétion des exosomes. L'encadré présente les composants moléculaires des exosomes.

Depuis leur caractérisation initiale, d'autres études ont révélé que les exosomes sont secrétés par la plupart des types de cellules viables, y compris les cellules immunitaires, les cellules épithéliales de l'intestin et les neurones. Les exosomes sont également présents dans différents fluides biologiques comme le sang, l'urine, la salive, le lait maternel, le liquide amniotique, la synovie, le liquide cérébrospinal et même les larmes.

Le parcours exosomal du trafic intercellulaire joue un rôle majeur dans de nombreux aspects de la santé et de la maladie, y compris l'immunité, l'homéostase des tissus et la régénération. Les exosomes permettent une communication et des signaux intercellulaires efficaces entre les cellules et à travers les barrières biologiques (y compris la barrière hémato-encéphalique). Les exosomes sont des systèmes efficaces de transport cellulaire, capables d'acheminer des « cargaisons » bioactives comme les protéines, les lipides et les acides nucléiques. Même si les exosomes participent à d'importantes activités physiologiques, ils jouent aussi un rôle majeur dans la pathogenèse des maladies comme le cancer, les maladies cardiovasculaires et neurodégénératives et les infections virales.

Les propriétés uniques des particules exosomales

Pour comprendre comment ces petites particules peuvent induire des effets aussi importants, considérons leurs propriétés uniques. Tout d'abord, ils sont intrinsèquement stables en raison de leur membrane bicouche lipidique, ce qui leur permet de circuler même dans le micro-environnement tumoral difficile. Leur bicouche lipidique minimise aussi l'immunogénicité et la toxicité, soutenant leur stabilisation dans l'espace extracellulaire. Grâce à leurs origines endogènes, les exosomes démontrent aussi une forte biocompatibilité. Enfin, les exosomes présentent une excellente capacité de pénétration des tissus/cellules. Grâce à ces propriétés, les exosomes ont le potentiel de surmonter plusieurs des limites associées à d'autres systèmes d'administration des médicaments. En fait, les chercheurs commencent à reconnaître les avantages des exosomes par rapport à d'autres systèmes de transport de médicaments.

CAS Insights dans la recherche sur les exosomes

Une analyse de CAS Collection de contenus™, la plus grande collection de connaissances scientifiques publiées et organisées par l'homme, a identifié des informations fascinantes sur les tendances des publications au sujet des exosomes. On dénombre actuellement plus de 40 000 publications scientifiques (articles de journaux et brevets) dans CAS Collection de contenus consacrées aux exosomes/vésicules extracellulaires avec une croissance régulière et exponentielle au fil du temps (Figure 2).

Figure 2. Tendances des journaux et des brevets consacrés à la recherche sur les exosomes dans l'administration de médicaments et les diagnostics et à leur association avec le financement de la recherche. (A) Tendances en termes de nombre de publications liées aux exosomes dans l'administration de médicaments et les diagnostics, y compris les articles de journaux et les brevets. (B) Nombre de documents provenant d'entreprises américaines corrélé avec le financement annuel des NIH.

Au cours des 3 à 4 dernières années, les exosomes sont devenus préférables aux nanoparticules lipidiques (NPL) en tant que transporteurs potentiels de médicaments et le nombre de documents, y compris les brevets et les articles de journaux, consacrés aux exosomes appliqués à l'administration de médicaments a considérablement dépassé celui des publications relatives aux NPL (Figure 3).

Figure 3. Tendances de publication au sujet des exosomes et des nanoparticules lipidiques appliqués à l'administration de médicaments. (A) Comparaison des tendances en termes de nombre de publications relatives aux exosomes et aux nanoparticules lipidiques. (B) Les pourcentages correspondants des publications relatives aux exosomes (EX) et aux nanoparticules lipidiques (NPL) dans les articles de journaux (JRN) et les brevets (PAT) sont comparés.

Principaux intervenants de la recherche sur les exosomes

Selon CAS Collection de contenus, les États-Unis, la Chine, la Corée et le Japon se situent au premier rang en matière de recherche sur les exosomes, avec le plus grand nombre d'articles de journaux et de brevets publiés sur ce sujet. L'activité d'octroi de brevets liés aux exosomes est aussi partagée de manière égale entre les entreprises et les établissements d'enseignement, mettant en lumière la reconnaissance universelle de leurs promesses en termes d'administration de médicaments, de diagnostic et au-delà. MD Healthcare, Codiak Biosciences et OncoTherapy Science sont les laboratoires qui publient le plus grand nombre de brevets, tandis que l'université de Californie, l'université de Louisville et l'université de Zhejiang se situent à la pointe des universités et hôpitaux (Figure 4). En termes de répartition des brevets, l'Organisation mondiale de la propriété intellectuelle (WIPO) a reçu le plus grand nombre de demandes de brevets, suivie des offices de brevets américains et chinois, de l'office européen des brevets (OEB) et des offices des brevets coréen et japonais.

Figure 4. Principaux cessionnaires de brevets de laboratoires (A) et d'universités et d'hôpitaux (B) pour des brevets liés à des applications d'exosomes dans l'administration de médicaments et les diagnostics.

La promesse des exosomes

En raison de leurs propriétés uniques et de leur rôle dans un large éventail de processus physiologiques et pathologiques, les exosomes sont apparus comme les étoiles montantes du secteur de l'administration de médicaments et des diagnostics. Les applications potentielles de ces nanotransporteurs naturels semblent illimitées : des perspectives d'utilisation dans les cosmétiques et l'alimentation sont également à l'étude.

Dans notre blog suivant de la série, nous examinerons de manière plus approfondie les applications thérapeutiques majeures des exosomes dans l'administration de médicaments et les diagnostics à l'aide d'informations provenant de CAS Collection de contenus. En attendant, vous pouvez vous familiariser avec ce sujet en lisant notre rapport Insight sur les exosomes.