Engineering exosome polymer hybrids by atom transfer radical polymerization

外体 原子转移自由基聚合 微泡 生物物理学 聚合物 药物输送 聚合 聚合物囊泡 化学 表面改性 纳米技术 材料科学 生物化学 生物 共聚物 有机化学 两亲性 基因 物理化学 小RNA
作者
Sushil Lathwal,Saigopalakrishna S. Yerneni,Susanne Boye,Upenyu L. Muza,Shuntaro Takahashi,Naoki Sugimoto,Albena Lederer,Subha R. Das,Phil G. Campbell,Krzysztof Matyjaszewski
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:118 (2) 被引量:98
标识
DOI:10.1073/pnas.2020241118
摘要

Exosomes are emerging as ideal drug delivery vehicles due to their biological origin and ability to transfer cargo between cells. However, rapid clearance of exogenous exosomes from the circulation as well as aggregation of exosomes and shedding of surface proteins during storage limit their clinical translation. Here, we demonstrate highly controlled and reversible functionalization of exosome surfaces with well-defined polymers that modulate the exosome’s physiochemical and pharmacokinetic properties. Using cholesterol-modified DNA tethers and complementary DNA block copolymers, exosome surfaces were engineered with different biocompatible polymers. Additionally, polymers were directly grafted from the exosome surface using biocompatible photo-mediated atom transfer radical polymerization (ATRP). These exosome polymer hybrids (EPHs) exhibited enhanced stability under various storage conditions and in the presence of proteolytic enzymes. Tuning of the polymer length and surface loading allowed precise control over exosome surface interactions, cellular uptake, and preserved bioactivity. EPHs show fourfold higher blood circulation time without altering tissue distribution profiles. Our results highlight the potential of precise nanoengineering of exosomes toward developing advanced drug and therapeutic delivery systems using modern ATRP methods.

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