Large-scale generation of functional mRNA-encapsulating exosomes via cellular nanoporation

微泡 外体 张力素 PTEN公司 信使核糖核酸 核酸 转染 细胞生物学 小RNA 分子生物学 生物 细胞培养 生物化学 信号转导 PI3K/AKT/mTOR通路 基因 遗传学
作者
Zhaogang Yang,Junfeng Shi,Jing Xie,Yifan Wang,Jingyao Sun,Tongzheng Liu,Yarong Zhao,Xiuting Zhao,Xinmei Wang,Yifan Ma,Veysi Malkoc,Chi‐Ling Chiang,Weiye Deng,Yuanxin Chen,Yuan Fu,Kwang Joo Kwak,Yamin Fan,Kang Chen,Changcheng Yin,June Rhee
出处
期刊:Nature Biomedical Engineering [Nature Portfolio]
卷期号:4 (1): 69-83 被引量:545
标识
DOI:10.1038/s41551-019-0485-1
摘要

Exosomes are attractive as nucleic-acid carriers because of their favourable pharmacokinetic and immunological properties and their ability to penetrate physiological barriers that are impermeable to synthetic drug-delivery vehicles. However, inserting exogenous nucleic acids, especially large messenger RNAs, into cell-secreted exosomes leads to low yields. Here we report a cellular-nanoporation method for the production of large quantities of exosomes containing therapeutic mRNAs and targeting peptides. We transfected various source cells with plasmid DNAs and stimulated the cells with a focal and transient electrical stimulus that promotes the release of exosomes carrying transcribed mRNAs and targeting peptides. Compared with bulk electroporation and other exosome-production strategies, cellular nanoporation produced up to 50-fold more exosomes and a more than 103-fold increase in exosomal mRNA transcripts, even from cells with low basal levels of exosome secretion. In orthotopic phosphatase and tensin homologue (PTEN)-deficient glioma mouse models, mRNA-containing exosomes restored tumour-suppressor function, enhanced inhibition of tumour growth and increased survival. Cellular nanoporation may enable the use of exosomes as a universal nucleic-acid carrier for applications requiring transcriptional manipulation. A cellular-nanoporation method produces large quantities of exosomes containing therapeutic mRNAs and targeting peptides that restore tumour-suppressor function in mice with orthotopically implanted phosphatase and tensin homologue (PTEN)-deficient brain gliomas.
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