DE112019005512T5

DE112019005512T5 - Exosom-träger für die abgabe molekularer beladung

Info

Publication number: DE112019005512T5
Application number: DE112019005512.7T
Authority: DE
Inventors: Navneet Dogra; Gustavo Alejandro Stolovitsky
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2019-01-03
Filing date: 2019-12-02
Publication date: 2021-09-23
Also published as: JP2022516831A; US20200215201A1; CN113164391A; JP7563849B2; GB2594024A; US11766484B2; GB2594024B; WO2020141369A1; GB202110435D0

Abstract

Es werden Verfahren zum Transport und/oder zur Abgabe von molekularer Beladung durch Exosomen bereitgestellt. Beispielsweise können eine oder mehrere hierin beschriebene Ausführungsformen ein Molekül aufweisen, das eine chemisch modifizierte molekulare Beladung aufweisen kann, die an ein Oberflächenbiomolekül eines Exosoms gebunden ist. Das Oberflächenbiomolekül kann an einer Doppelschichtmembran des Exosoms gegenüber einem Zytoplasma des Exosoms angeordnet sein.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein oder mehrere Exosomen, die die Abgabe von molekularer Beladung ermöglichen können, insbesondere ein oder mehrere Exosomen mit funktionalisierten Oberflächen zum Transportieren einer oder mehrerer molekularer Beladungen zu gewünschten biologischen Zellen und/oder Geweben.
Drei Bedingungen, die die Nanotechnologie der Abgabe molekularer Beladungen an spezifische Zellen oder Gewebe betreffen, sind: Biokompatibilität, Ladeeffizienz der molekularen Beladung und/oder Spezifität des Abgabesystems für Zellen oder Gewebe von Interesse. Um beispielsweise biokompatibel zu sein, muss das Abgabesystem nichttoxisch für den Empfängerorganismus sein und/oder seine Integrität unter physiologischen Bedingungen bewahren (z.B. stabil bei pH 7 sein und/oder Immunantwort vermeiden). Ferner sollte das Abgabesystem für molekulare Beladung fähig sein, eine breite Vielfalt von Molekülen von Interesse abzugeben (z.B. DNA für genetische Manipulationen, RNA zum Gen-Silencing, Therapeutika und/oder Molekülhemmer).
Herkömmliche Abgabesysteme für molekulare Beladung bestehen aus einem Grund-Abgabeträger und Protokollen zum Beladen des Trägers mit der molekularen Beladung. Ferner können herkömmliche Abgabetechnologien für molekulare Beladung in zwei Kategorien eingeteilt werden: Nanopartikeltechnologien und Lipidvesikeltechnologien. Sowohl die Nanopartikel- als auch die Liposomvesikeltechnologie können aber mehrere Nachteile hinsichtlich der vorstehend beschriebenen Bedingungen und/oder Betrachtungen aufweisen.
Zu Beispielen von Nanopartikeln, die in herkömmlichen Abgabesystemen für molekulare Beladung verwendet werden können, gehören: Gold, Silber und/oder Titan. Tatsächlich gibt es eingeführte Protokolle zum kovalenten Befestigen verschiedener funktioneller Gruppen und damit verschiedener biologisch aktiver Moleküle an Nanopartikelmetalle. Zwar sind viele Nanopartikel biokompatibel, sie neigen aber dazu, im Laufe der Zeit im Körper zu akkumulieren, und können Toxizität erzeugen.
Liposomen sind synthetische Lipidvesikel, die in verschiedenen Größen hergestellt werden können (z.B. in dem Bereich von wenigen Zehntelnanometer (nm) bis etwa 10 bis 20 Mikrometer (µm) im Durchmesser). Ferner können Form, Größe, Morphologie und Funktion von Liposomen durch Variieren der chemischen/physikalischen Struktur und der Zusammensetzung des Lipids verändert werden. Liposomen werden für die Abgabe chemischer Verbindungen und andere therapeutische Zwecke verwendet. Allerdings bleibt die Biokompatibilität ein Problem, da Liposomen zelluläre Charakteristika (einschließlich z.B. Lipid und Proteine) nicht genau nachahmen. Somit ist die weitverbreitete Verwendung von Nanopartikeln, wie z.B. jenen aus Gold, aufgrund ihrer inhärent fehlenden Bioabbaubarkeit fragwürdig; und Technologien auf Grundlage von Liposomen mangelt es an bestimmten Lipiden und/oder Proteinen, die für die Wechselwirkung mit der Plasmamembran von Zielzellen und/oder -geweben erforderlich sind.
Eine weitere herkömmliche Abgabetechnologie für molekulare Beladung ist mit der Verwendung von Exosomen als Abgabeträger verbunden. Moderne Protokolle zum Beladen von Exosomen sind aber ineffizient, zeitabhängig und/oder schädigend für die Exosomen; dadurch wird die Funktionalität herkömmlicher Abgabetechnologien für molekulare Beladung auf Grundlage von Exosomen erheblich behindert. Beispielsweise ist das Verkapseln von Nukleinsäuresequenzen in Exosomen durch Elektroporation ineffizient (z.B. wird nur ein kleiner Teil der betreffenden Exosomen geeignet mit der molekularen Beladung beladen und/oder das Verfahren kann die Exosomen beschädigen). Bei einem weiteren Beispiel wird Click-Chemie verwendet, um die Oberfläche von Exosomen zu funktionalisieren, so dass molekulare Beladung extern befestigt werden kann. Dieses Verfahren leidet zwar nicht unter der Ineffizient der Elektroporation, es erfordert aber 24 Stunden konstantes Rühren unter harten Bedingungen, die die Morphologie und/oder Biochemie der Exosomen nachteilig verändern können. Herkömmliche Technologien sind also ungenügend, um Exosomen wirkungsvoll zum Transportieren von Beladung zu verwenden.
KURZDARSTELLUNG
Im Folgenden wird eine Kurzdarstellung gegeben, um ein Grundverständnis einer oder mehrerer Ausführungsformen der Erfindung zu bieten. Diese Kurzdarstellung ist nicht dafür vorgesehen, wichtige oder entscheidende Elemente zu identifizieren oder einen Umfang der besonderen Ausführungsformen oder einen Umfang der Ansprüche abzugrenzen. Ihre einzige Aufgabe ist das Vorstellen von Konzepten in einer vereinfachten Form als Einführung zu der ausführlicheren Beschreibung, die nachfolgend gegeben wird. Bei einer oder mehreren hierin beschriebenen Ausführungsformen werden Moleküle und/oder Verfahren beschrieben, die den Transport und/oder die Abgabe von molekularer Beladung ermöglichen können.
Bei einer Ausführungsform wird ein Molekül bereitgestellt. Das Molekül kann eine chemisch modifizierte molekulare Beladung aufweisen, die an ein Oberflächenbiomolekül eines Exosoms gebunden ist. Das Oberflächenbiomolekül kann an einer Doppelschichtmembran des Exosoms gegenüber einem Zytoplasma des Exosoms angeordnet sein. Ein Vorteil eines derartigen Moleküls kann die Verwendung eines oder mehrerer Exosomen für die Abgabe einer oder mehrerer therapeutischer Verbindungen sein.
Bei manchen Beispielen kann das Oberflächenbiomolekül eine chemische Verbindung ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus einem Protein, einem Antikörper, einem Antigen, einem Phospholipid, einem Glycolipid, einer Nukleinsäure, einem Polysaccharid, einem Zucker und einem delokalisierten Gerüstmolekül der Doppelschichtmembran sein. Ein Vorteil eines derartigen Moleküls kann sein, dass natürlich vorkommende Oberflächenstrukturen von Exosomen verwendet werden können, um eine oder mehrere Biokonjugationen mit molekularer Beladung zu ermöglichen.
Bei einer Ausführungsform wird ein Verfahren bereitgestellt. Das Verfahren kann Funktionalisieren eines Exosoms durch Binden einer chemisch modifizierten molekularen Beladung an ein Oberflächenbiomolekül, das an einer Doppelschichtmembran des Exosoms und gegenüber einem Zytoplasma des Exosoms angeordnet ist, aufweisen. Ein Vorteil eines derartigen Verfahrens kann das Bilden eines oder mehrerer Exosom-Träger zum Ermöglichen von Transport und/oder Abgabe einer oder mehrerer molekularer Beladungen sein. Ferner können Oberflächenbiomoleküle, die eine hydrophobe Gruppe oder Kohlenstoffkette enthalten, auch in dem Gerüst der Doppelschichtmembran interkaliert sein.
Bei manchen Beispielen kann das Verfahren auch Funktionalisieren des Exosoms durch Binden einer zweiten chemisch modifizierten molekularen Beladung an ein zweites Oberflächenbiomolekül, das an der Doppelschichtmembran und gegenüber dem Zytoplasma angeordnet ist, aufweisen. Ein Vorteil eines derartigen Verfahrens kann sein, dass der eine oder die mehreren synthetisierten Exosom-Träger mit verschiedenen Typen von molekularen Beladungen gleichzeitig beladen werden können, um eine oder mehrere Transport- und/oder Abgabefunktionen zu verstärken.
Bei einer Ausführungsform wird ein Verfahren bereitgestellt. Das Verfahren kann Isolieren eines Exosoms aus einer Vielzahl von Exosomen auf Grundlage einer Zusammensetzung eines Oberflächenbiomoleküls, das an einer Doppelschichtmembran des Exosoms und gegenüber einem Zytoplasma des Exosoms angeordnet ist, durch eine molekulare Sonde aufweisen. Ein Vorteil eines derartigen Verfahrens ist, dass spezifische Typen von Exosomen verwendet werden können, um einen oder mehrere Exosom-Träger für den Transport und/oder die Abgabe von molekularen Beladungen zu erzeugen.
Bei manchen Beispielen kann das Verfahren auch Abgeben der molekularen Beladung durch das Exosom an eine biologische Zelle aufweisen. Das Exosom kann eine chemische Affinität zu der biologischen Zelle aufweisen. Ein Vorteil eines derartigen Verfahrens kann der zielspezifische Transport von molekularer Beladung durch Exosomen zu biologischen Zellen von Interesse und/oder die Abgabe daran sein.
Figurenliste

1 zeigt eine Darstellung eines beispielhaften nichtbeschränkenden Exosom-Trägers, der eine Oberfläche aufweisen kann, die mit einer oder mehreren molekularen Beladungen gemäß einer oder mehreren hierin beschriebenen Ausführungsformen funktionalisiert ist.
2 zeigt eine Darstellung eines beispielhaften nichtbeschränkenden Funktionalisierungsverfahrens, das die Herstellung eines Exosom-Trägers ermöglichen kann, der eine oder mehrere molekulare Beladungen gemäß einer oder mehreren hierin beschriebenen Ausführungsformen transportieren und/oder abgeben kann.
3 zeigt eine Darstellung einer beispielhaften nichtbeschränkenden Ligandenmodifikation, die die Befestigung einer oder mehrerer molekularer Beladungen an eine Oberfläche eines Exosoms gemäß einer oder mehreren hierin beschriebenen Ausführungsformen ermöglichen kann.
4 zeigt eine Darstellung eines beispielhaften nichtbeschränkenden Funktionalisierungsverfahrens, das die Herstellung eines Exosom-Trägers ermöglichen kann, der eine oder mehrere molekulare Beladungen gemäß einer oder mehreren hierin beschriebenen Ausführungsformen transportieren und/oder abgeben kann.
5 zeigt eine Darstellung eines beispielhaften nichtbeschränkenden Funktionalisierungsverfahrens, das die Herstellung eines Exosom-Trägers ermöglichen kann, der eine oder mehrere molekulare Beladungen gemäß einer oder mehreren hierin beschriebenen Ausführungsformen transportieren und/oder abgeben kann.
6 zeigt eine Darstellung eines beispielhaften nichtbeschränkenden Abgabeverfahrens, das einen oder mehrere Exosom-Träger aufweisen kann, die eine oder mehrere molekulare Beladungen zu einer Plasmamembran von biologischen Zielzellen und/oder -geweben gemäß einer oder mehreren hierin beschriebenen Ausführungsformen transportieren.
7 zeigt eine Darstellung einer beispielhaften nichtbeschränkenden On-Chip-Sonde, die Isolieren eines oder mehrerer Exosomen von Interesse gemäß einer oder mehreren hierin beschriebenen Ausführungsformen ermöglichen kann.
8 zeigt eine Darstellung eines beispielhaften nichtbeschränkenden Isolationsverfahrens, das ein oder mehrere Exosomen von Interesse für eine spezifische Abgabefunktionalität einer oder mehrerer molekularer Beladungen gemäß einer oder mehreren hierin beschriebenen Ausführungsformen einfangen kann.
9 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften nichtbeschränkenden Verfahrens, das Funktionalisieren eines oder mehrerer Exosomen ermöglichen kann, um Transport und/oder Abgabe einer oder mehrerer molekularer Beladungen gemäß einer oder mehreren hierin beschriebenen Ausführungsformen zu ermöglichen.
10 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften nichtbeschränkenden Verfahrens, das Funktionalisieren eines oder mehrerer Exosomen ermöglichen kann, um Transport und/oder Abgabe einer oder mehrerer molekularer Beladungen gemäß einer oder mehreren hierin beschriebenen Ausführungsformen zu ermöglichen.
11 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften nichtbeschränkenden Verfahrens, das Isolieren eines oder mehrerer Exosomen von Interesse aufweisen kann, um spezifische Abgabefunktionalität einer oder mehrerer molekularer Beladungen gemäß einer oder mehreren hierin beschriebenen Ausführungsformen zu ermöglichen.
12 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften nichtbeschränkenden Verfahrens, das Isolieren eines oder mehrerer Exosomen von Interesse aufweisen kann, um spezifische Abgabefunktionalität einer oder mehrerer molekularer Beladungen gemäß einer oder mehreren hierin beschriebenen Ausführungsformen zu ermöglichen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die nachstehende ausführliche Beschreibung ist lediglich veranschaulichend und ist nicht dafür vorgesehen, Ausführungsformen und/oder die Anwendung oder Verwendungen von Ausführungsformen zu beschränken. Ferner soll es keine Bindung durch ausgedrückte oder implizierte Information geben, die in den vorstehenden Abschnitten über Hintergrund und Kurzdarstellung oder in dem Abschnitt der ausführlichen Beschreibung vorgelegt wird.
Nun werden eine oder mehrere Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, in denen durchgehend gleiche Referenzzahlen zur Bezeichnung gleicher Elemente verwendet werden. In der nachstehenden Beschreibung werden zum Zweck der Erläuterung zahlreiche spezifische Einzelheiten dargelegt, um ein gründlicheres Verständnis der einen oder mehreren Ausführungsformen zu ermöglichen. Es liegt jedoch in verschiedenen Fällen auf der Hand, dass die eine oder mehreren Ausführungsformen ohne diese spezifischen Einzelheiten ausgeführt werden können.
Angesichts der vorstehend beschriebenen Probleme mit herkömmlichen Abgabesystemen für molekulare Beladung kann die vorliegende Offenbarung ausgeführt werden, um eine Lösung für eines oder mehrere dieser Probleme in der Form eines oder mehrerer Moleküle und/oder Verfahren zu erhalten, die Exosomen als Träger zum Transportieren und/oder Abgeben von molekularer Beladung verwenden können. Beispielsweise können die hierin beschriebenen Exosom-Träger die drei vorstehend beschriebenen Bedingungen für ein wirkungsvolles biomolekulares Abgabesystem erfüllen. Die Biokompatibilitätsbedingung kann erfüllt werden, indem natürlich sekretierte Exosomen aus Zellen in Körperfluiden und/oder in Zellkulturmedien isoliert werden, die auch die grundlegende Stabilität von Exosomen unter physiologischen Bedingungen aufrechterhalten können. Die Bedingung der Ladeeffizienz kann erfüllt werden, indem kovalente Bindungen zwischen Oberflächenbiomolekülen (z.B. Phospholipiden, Proteinen und/oder Kohlenhydraten), die bereits an der Exosomoberfläche vorhanden sind, mit chemisch modifizierter molekularer Beladung gebildet werden (die meisten Reaktionsschritte können z.B. an den Biomolekülen durchgeführt werden, die an die Exosomoberflächen binden, um harte Reaktionsbedingungen für die Exosomen zu vermeiden). Ferner können ein oder mehrere Exosom-Träger Spezifität für biologische Zielzellen und/oder -gewebe erzielen, indem spezifische Antikörper kovalent an die Exosomoberfläche gebunden werden. Da sie selbst Proteine sind, können die Antikörper dafür funktionalisiert werden, mit von Proteinen verschiedenen Biomolekülen zu reagieren.
Verschiedene hierin beschriebene Ausführungsformen können funktionalisierte Exosom-Träger und/oder Verfahren zum Ermöglichen von Transport und/oder Abgabe von molekularer Beladung betreffen. Beispielsweise können eine oder mehrere hierin beschriebene Ausführungsformen Konjugieren einer oder mehrerer molekularer Beladungen (z.B. Nukleinsäuren und/oder Proteine) an ein oder mehrere Biomoleküle, die an der Oberfläche eines oder mehrerer Exosomen angeordnet sind, aufweisen; um dadurch die eine oder mehreren molekularen Beladungen an den Exosom-Träger zum Transport und/oder zur Abgabe an eine oder mehrere gewünschte biologische Zellen und/oder Gewebe zu laden. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Konjugation durch eine oder mehrere kovalente Bindungen zwischen der einen oder den mehreren molekularen Beladungen und dem einen oder den mehreren Oberflächenbiomolekülen durchgeführt werden. Ferner kann durch Konjugation eines oder mehrerer Antikörper und/oder Antigene an das eine oder die mehreren Oberflächenbiomoleküle eines Exosoms das entsprechende Exosom ein Träger mit einer chemischen Affinität zu spezifischen biologischen Zielzellen und/oder -geweben werden.
1 zeigt eine Darstellung eines beispielhaften nichtbeschränkenden Exosom-Trägers 100, der mit einer oder mehreren molekularen Beladungen 102 funktionalisiert ist. Beispielsweise zeigt 1 einen beispielhaften Exosom-Träger 100, der eine oder mehrere molekulare Nukleinsäurebeladungen 102 aufweist, die an ein oder mehrere Oberflächenbiomoleküle 104 des Exosom-Trägers 100 gekoppelt sind (wobei die in 1 gezeigten Wellenlinien z.B. die eine oder mehreren Nukleinsäuren darstellen können).
Wie hierin verwendet, kann der Begriff „Exosom“ ein kleines (z.B. mit einem Durchmesser von 30 bis 200 nm) Vesikel endozytischen Ursprungs bezeichnen, das durch Fusion multivesikulärer Körper und/oder einer Plasmamembran an eine extrazelluläre Umgebung sekretiert werden kann. Exosomen können eine Vielzahl von Biomolekülen aufweisen, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt: Transmembranproteine, Zytosolproteine, Enzyme, Oberflächenproteine, Nukleinsäuren, Lipide, eine Kombination davon und/oder dergleichen. Wie in 1 gezeigt, können Exosomen eine Doppelschichtmembran 106 aufweisen, die ein Zytoplasma 108 im Inneren des Exosoms definiert. Der Fachmann wird leicht erkennen, dass die Doppelschichtmembran 106 Phospholipid-Doppelschichten aufweisen kann und/oder das Zytoplasma 108 verschiedene Elemente des betreffenden Exosoms (z.B. Enzyme, Proteine, Nukleinsäuren, eine Kombination davon und/oder dergleichen) enthalten kann. Exosomen können durch ein oder mehrere verschiedene Körperfluide durch einen biologischen Körper transportiert werden, wie z.B. durch: Speichelflüssigkeit, Urin, Blut, Serum, Plasma, Schweiß, Tränenflüssigkeit, eine Kombination davon und/oder dergleichen. Bei verschiedenen Ausführungsformen können der eine oder die mehreren hierin beschriebenen Exosom-Träger 100 Exosomen sein, bei denen eine oder mehrere molekulare Beladungen 102 an eine Oberfläche der Doppelschichtmembran 106 konjugiert sind (z.B. über eine oder mehrere natürlich vorhandene Oberflächenstrukturen).
Der eine oder die mehreren Exosom-Träger 100 können ein oder mehrere Oberflächenbiomoleküle 104 aufweisen. Das eine oder die mehreren Oberflächenbiomoleküle 104 können an einer Oberfläche der Doppelschichtmembran 106 und/oder wenigstens teilweise innerhalb der Doppelschichtmembran 106 angeordnet sein. Beispielsweise kann das eine oder können die mehreren Oberflächenbiomoleküle 104 an der Doppelschichtmembran 106 gegenüber dem Zytoplasma 108 angeordnet sein (z.B. außerhalb des Innenraums des einen oder der mehreren Exosom-Träger 100 angeordnet). Zu Beispielen von Oberflächenbiomolekülen 104 können gehören, ohne darauf beschränkt zu sein: Proteine, Antikörper, Antigene, Phospholipide, Glycolipide, Nukleinsäuren, Polysaccharide, Zucker, Kohlenhydrate, Enzyme, exosomale Gerüste der Doppelschichtmembran 106, eine Kombination davon und/oder dergleichen.
Ferner kann das eine oder können die mehreren Oberflächenbiomoleküle 104 eine oder mehrere funktionelle Zielgruppen aufweisen, die Konjugation mit der einen oder den mehreren molekularen Beladungen 102 ermöglichen können. Zu Beispielen von funktionellen Zielgruppen, die in dem einen oder den mehreren Oberflächenbiomolekülen 104 enthalten sein können, können gehören, ohne darauf beschränkt zu sein: primäre Amine (z.B. Lysingruppen, Arginingruppen, eine Kombination davon und/oder dergleichen), Cysteingruppen, Phosphatgruppen, Hydroxygruppen, Carboxygruppen, eine Kombination davon und/oder dergleichen. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen kann die eine oder können die mehreren funktionellen Zielgruppen eine kovalente Bindung mit der einen oder den mehreren molekularen Beladungen 102 bilden, um Konjugation der einen oder mehreren molekularen Beladungen 102 mit der Oberfläche des Exosom-Trägers 100 zu ermöglichen. Der Exosom-Träger 100 kann eine Vielfalt verschiedener Typen von Oberflächenbiomolekülen 104 an und/oder in der Doppelschichtmembran 106 aufweisen. Ferner ist die Anzahl der in 1 gezeigten Oberflächenbiomoleküle 104 beispielhaft und dem Fachmann ist klar, dass der eine oder die mehreren Exosom-Träger 100 weniger oder mehr Oberflächenbiomoleküle 104 als die siebzehn in 1 gezeigten aufweisen kann.
An der Oberfläche des Exosom-Trägers 100 kann eine oder können mehrere molekulare Beladungen 102 durch chemische Wechselwirkung mit dem einen oder den mehreren Oberflächenbiomolekülen 104 radial angeordnet sein und/oder sie können eine oder mehrere Nukleinsäuren (z.B. wie in 1 gezeigt) und/oder ein oder mehrere Proteine (z.B. Antikörper und/oder Antigene) aufweisen. Beispielsweise kann eine oder können mehrere molekulare Beladungen 102 eine oder mehrere therapeutische chemische Verbindungen sein, die durch eine oder mehrere Nukleinsäuren definiert werden. Der eine oder die mehreren Exosom-Träger 100 können die eine oder mehreren therapeutischen chemischen Verbindungen zu einer oder mehreren biologischen Zielzellen und/oder -geweben transportieren und/oder an sie abgeben. Ferner kann eine oder können mehrere der molekularen Beladungen 102 ein oder mehrere Antikörper und/oder Antigene sein, die den einen oder die mehreren Exosom-Träger 100 mit einer chemischen Affinität zu spezifischen biologischen Zellen und/oder Geweben funktionalisieren können. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen kann der eine oder können die mehreren Exosom-Träger 100 ein Gemisch von verschiedenen Typen von molekularen Beladungen 102 aufweisen.
2 zeigt eine Darstellung eines beispielhaften nichtbeschränkenden ersten Konjugationsschemas 200, das Konjugation der einen oder mehreren molekularen Beladungen 102 an das eine oder die mehreren Oberflächenbiomoleküle gemäß einer oder mehreren hierin beschriebenen Ausführungsformen ermöglichen kann. Aus Gründen der Knappheit wird auf eine wiederholte Beschreibung gleicher Elemente, die bei anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden, verzichtet. Wie in 2 gezeigt, kann das beispielhafte erste Konjugationsschema 200 Konjugieren eines Ausgangsexosoms 202 mit einer oder mehreren molekularen Beladungen 102 aufweisen, um einen oder mehrere Exosom-Träger 100 zu bilden. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen können die eine oder mehreren molekularen Beladungen 102 und/oder das eine oder die mehreren Ausgangsexosomen 202 in einer basischen Lösung (z.B. mit einem pH-Wert von höher als oder gleich 7 und kleiner als oder gleich 10) zusammengemischt werden, um das erste Konjugationsschema 200 zu ermöglichen.
Das eine oder die mehreren Ausgangsexosomen 202 können das eine oder die mehreren Oberflächenbiomoleküle 104 aufweisen, die für die Konjugation durch die eine oder mehreren molekularen Beladungen 102 angezielt werden können. Ferner können die eine oder mehreren molekularen Beladungen 102 (die z.B. Nukleinsäuren, wie in 2 gezeigt, und/oder ein oder mehrere Proteine, wie z.B. Antikörper und/oder Antigene, aufweisen) eine oder mehrere reaktionsfähige funktionelle Gruppen 204 aufweisen. Die eine oder mehreren reaktionsfähigen funktionellen Gruppen 204 können chemisch mit der einen oder den mehreren funktionellen Gruppen des einen oder der mehreren Oberflächenbiomoleküle 104 wechselwirken, um eine kovalente Bindung zwischen der einen oder den mehreren molekularen Beladungen 102 und dem einen oder den mehreren Oberflächenbiomolekülen 104 zu bilden.
Zu Beispielen von chemischen Verbindungen, die die eine oder mehreren reaktionsfähigen funktionellen Gruppen 204 aufweisen können, können gehören, ohne darauf beschränkt zu sein: aminreaktive Verbindungen, phosphatreaktive Verbindungen, hydroxyreaktive Verbindungen, carboxyreaktive Verbindungen, Antikörper, Antigene, eine Kombination davon und/oder dergleichen. Zu aminreaktiven Verbindungen kann jede reaktionsfähige Gruppe gehören, die fähig ist, mit einem Amin zu reagieren, um eine kovalente Bindung zu bilden. Zu Beispielen von aminreaktiven Verbindungen können gehören, ohne darauf beschränkt zu sein: ein N-Hydroxysuccinimid(„NHS“)ester, ein Sulfo-N-hydroxysuccinimidester, ein Imidoester, ein Fluorphenylester, ein Epoxid, ein Isothiocyanat, ein Isocyanat, ein Sulfonylchlorid, ein Aldehyd, ein Carbodiimid, ein Acylazid, ein Anhydrid, ein Fluorbenzol, ein Carbonat, eine Kombination davon und/oder dergleichen. Beispielsweise kann die eine oder können die mehreren funktionellen Gruppen mit einer oder mehreren Seitenketten einer Aminosäure, wie z.B. den primären Aminen von Arginin und/oder Lysin, koppeln. Zu phosphatreaktiven Verbindungen kann jede reaktionsfähige Gruppe gehören, die fähig ist, mit einer Phosphatgruppe zu reagieren, um eine kovalente Bindung zu bilden. Zu Beispielen von phosphatreaktiven Verbindungen können gehören, ohne darauf beschränkt zu sein: Carbodiimid, Alkylgruppen, Arylgruppen, Acylgruppen, eine Kombination davon und/oder dergleichen. Zu hydroxyreaktiven Verbindungen kann jede reaktionsfähige Gruppe gehören, die fähig ist, mit einer Hydroxygruppe zu reagieren, um eine kovalente Bindung zu bilden. Zu Beispielen von hydroxyreaktiven Verbindungen können gehören, ohne darauf beschränkt zu sein: Alkylgruppen, Arylgruppen, Acylgruppen, eine Kombination davon und/oder dergleichen. Zu carboxyreaktiven Verbindungen kann jede reaktionsfähige Gruppe gehören, die fähig ist, mit einem Carboxy zu reagieren, um eine kovalente Bindung zu bilden.
Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der eine oder können die mehreren Exosom-Träger 100 Nukleinsäuren (z.B. synthetische Nukleinsäuren) transportieren, um verschiedene therapeutische Funktionen zu ermöglichen. Beispielsweise kann die eine oder können die mehreren Nukleinsäuren, die in der einen oder den mehreren molekularen Beladungen 102 enthalten sind, immunstimulierende Oligonukleotide sein, die ein oder mehrere Immunsignalnetze aktivieren können, die zu einer biologischen Zelle und/oder einem Gewebe gehören und mit dem einen oder den mehreren Exosom-Trägern 100 wechselwirken. Beispielsweise kann die eine oder können die mehreren molekularen Beladungen 102 synthetische Nukleinsäuren aufweisen, die können: Antigenpräsentation und/oder -costimulation auslösen, eigene Immunzellen aktivieren (z.B. Makrophagen und/oder dendritische Zellen, Produktion proinflammatorischer Zytokine induzieren, eine Kombination davon und/oder dergleichen. Bei einem weiteren Beispiel kann die eine oder können die mehreren molekularen Beladungen 102, die von dem einen oder den mehreren Exosom-Trägern 100 transportiert und/oder abgegeben werden, synthetische Nukleinsäuren aufweisen, die eine oder mehrere therapeutische Verfahren in einer/einem entsprechenden biologischen Zelle und/oder Gewebe durchführen können, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt: Antisense-Verfahren, Ribonukleinsäure(„RNA“)-Interferenzverfahren, Splice-Switching-Verfahren, Therapeutika auf Messenger-RNA-Grundlage, eine Kombination davon und/oder dergleichen.
Bei einer oder mehreren Ausführungsformen kann ein oder können mehrere Antikörper und/oder Antigene als die eine oder mehreren reaktionsfähigen funktionellen Gruppen 204 verwendet werden. Beispielsweise kann eine oder können mehrere molekulare Beladungen 102 eine oder mehrere Nukleinsäuren aufweisen, die an einen oder mehrere Antikörper gebunden sind, wobei der eine oder die mehreren Antikörper eine oder mehrere Antikörper-Antigen-Wechselwirkungen mit einem oder mehreren Oberflächen-Antigenen (die z.B. als ein oder mehrere wie hierin beschriebene Oberflächenbiomoleküle 104 dienen), die auf dem Ausgangsexosom 202 angeordnet sind, bilden können, um Konjugation der einen oder mehreren molekularen Beladungen 102 zu ermöglichen. Bei einem weiteren Beispiel kann eine oder können mehrere molekulare Beladungen 102 eine oder mehrere Nukleinsäuren aufweisen, die an ein oder mehrere Antigene gebunden sind, wobei das eine oder die mehreren Antigene eine oder mehrere Antikörper-Antigen-Wechselwirkungen mit einem oder mehreren Oberflächen-Antikörpern (die z.B. als ein oder mehrere wie hierin beschriebene Oberflächenbiomoleküle 104 dienen), die auf dem Ausgangsexosom 202 angeordnet sind, bilden können, um Konjugation der einen oder mehreren molekularen Beladungen 102 zu ermöglichen.
3 zeigt eine Darstellung eines beispielhaften nichtbeschränkenden Biokonjugationsschemas 300, das die eine oder mehreren molekularen Beladungen 102 an das eine oder die mehreren Oberflächenbiomoleküle 104 (z.B. wie für das erste Konjugationsschema 200 beschrieben) gemäß einer oder mehreren hierin beschriebenen Ausführungsformen konjugieren kann. Aus Gründen der Knappheit wird auf eine wiederholte Beschreibung gleicher Elemente, die bei anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden, verzichtet.
Eine breite Vielfalt von Biokonjugationsreaktionen kann verwendet werden, um Konjugation der einen oder mehreren molekularen Beladungen 102 und des einen oder der mehreren Oberflächenbiomoleküle 104 durchzuführen; wie z.B.: Alkylierungen, Acylierungen, Disulfidbindung, Antikörper-Antigen-Wechselwirkungen, Aminbindung, Phosphatbindung, Nukleinsäure-Annealing, eine Kombination davon und/oder dergleichen. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann eine oder können mehrere reaktionsfähige funktionelle Gruppen 204 der einen oder mehreren molekularen Beladungen 102 mit der einen oder den mehreren funktionellen Zielgruppen des einen oder der mehreren Oberflächenbiomoleküle 104 reagieren, um die Biokonjugationsreaktionen zu bilden.
Beispielsweise zeigt das Biokonjugationsschema 300 eine beispielhafte Biokonjugationsreaktion, wobei die reaktionsfähige funktionelle Gruppe 204 eine aminreaktive Verbindung sein kann und die funktionelle Zielgruppe des einen oder der mehreren Oberflächenbiomoleküle 104 eine primäre Aminogruppe sein kann. 3 zeigt eine beispielhafte Struktur einer molekularen Beladung 102 gemäß den verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsformen. Beispielsweise kann die in 3 gezeigte beispielhafte molekulare Beladung 102 eine oder mehrere Nukleinsäuren aufweisen (z.B. durch eine oder mehrere Wellenlinien dargestellt), die an eine NHS-reaktionsfähige funktionelle Gruppe 204 gebunden sind. Wie in 3 gezeigt, kann die reaktionsfähige funktionelle Gruppe 204 (z.B. ein NHS-Ester) an das Fünf-Strich(„5'“)-Ende der einen oder mehreren Nukleinsäuren gebunden sein. Ferner zeigt 3 eine beispielhafte Struktur eines Oberflächenbiomoleküls 104 gemäß den verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsformen. Das in 3 gezeigte beispielhafte Oberflächenbiomolekül 104 kann ein Protein sein, das eine Polypeptidkette 302 aufweist, die an ein Amin (z.B. Lysin, wie in 3 gezeigt) gebunden ist. Wie in 3 gezeigt, kann die eine oder können die mehreren funktionellen Zielgruppen an einem distalen Ende des einen oder der mehreren Oberflächenbiomoleküle 104 angeordnet sein.
In dem beispielhaften Biokonjugationsschema 300 kann die eine oder können die mehreren Nukleinsäure-enthaltenden molekularen Beladungen 102 an das eine oder die mehreren Oberflächenbiomoleküle 104 eines Ausgangsexosoms 202 in einer Umgebung mit einem pH-Wert von höher als oder gleich 7 und kleiner als oder gleich 9 eingeführt werden. Die chemische Affinität der einen oder den mehreren reaktionsfähigen funktionellen Gruppen 204 kann die Entstehung einer kovalenten Bindung zwischen der einen oder den mehreren reaktionsfähigen funktionellen Gruppen 204 und der einen oder den mehreren funktionellen Zielgruppen ermöglichen. Beispielsweise kann die eine oder können die mehreren molekularen Beladungen 102 kovalent an eine primäre Aminogruppe binden, die in der Lysinstruktur des einen oder der mehreren Protein-Oberflächenbiomoleküle 104 enthalten ist. Wie in 3 gezeigt, kann die erhaltene Biokonjugation die eine oder mehreren Nukleinsäuren der molekularen Beladung 102 an das eine oder die mehreren Oberflächenbiomoleküle 104 binden (z.B. das eine oder die mehreren Proteine an der Oberfläche des Ausgangsexosoms 202); um einen Exosom-Träger 100 zu bilden, der die eine oder mehreren gebundenen Aminosäuren transportieren und/oder abgeben kann.
Während 3 beispielhafte Strukturen für die eine oder mehreren molekularen Beladungen 102 und/oder das eine oder die mehreren Oberflächenbiomoleküle 104 zeigt, ist die Architektur der hierin beschriebenen Biokonjugationen nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die eine oder können die mehreren reaktionsfähigen funktionellen Gruppen 204 und/oder die eine oder mehreren funktionellen Zielgruppen jede chemische Struktur aufweisen, die von den verschiedenen hierin beschriebenen chemischen Kategorien und/oder Beispielen getragen wird. Während 3 ferner eine Biokonjugation einer oder mehrerer Nukleinsäuren mit einem oder mehreren Proteinen zeigt, ist die Architektur der hierin beschriebenen Biokonjugationen nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die eine oder können die mehreren molekularen Beladungen 102, wie hierin beschrieben, ein oder mehrere Proteine (z.B. Antikörper und/oder Antigene) aufweisen und/oder das eine oder die mehreren Oberflächenbiomoleküle können Antikörper, Antigene, Phospholipide, Glycolipide, Nukleinsäuren, Polysaccharide, Zucker, Kohlenhydrate, exosomale Gerüste der Doppelschichtmembran 106, eine Kombination davon und/oder dergleichen sein.
4 zeigt eine Darstellung eines beispielhaften nichtbeschränkenden zweiten Konjugationsschemas 400, das Konjugation der einen oder mehreren molekularen Beladungen 102 an das eine oder die mehreren Oberflächenbiomoleküle 104 gemäß einer oder mehreren hierin beschriebenen Ausführungsformen ermöglichen kann. Aus Gründen der Knappheit wird auf eine wiederholte Beschreibung gleicher Elemente, die bei anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden, verzichtet. Wie in 4 gezeigt, kann das beispielhafte zweite Konjugationsschema 400 Konjugieren eines Ausgangsexosoms 202 mit einer oder mehreren molekularen Beladungen 102 aufweisen, um einen oder mehrere Exosom-Träger 100 zu bilden. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen können die eine oder mehreren molekularen Beladungen 102 und/oder das eine oder die mehreren Ausgangsexosomen 202 in einer basischen Lösung (z.B. mit einem pH-Wert von höher als oder gleich 7 und kleiner als oder gleich 9) zusammengemischt werden, um das zweite Konjugationsschema 400 zu ermöglichen.
Das zweite Konjugationsschema 400 kann veranschaulichen, dass die eine oder mehreren molekularen Beladungen 102 einen oder mehrere Antikörper aufweisen können (z.B. in 4 als „Y“-förmige Strukturen dargestellt), die an die eine oder mehreren reaktionsfähigen funktionellen Gruppen 204 gebunden sind. Wie hierin für 2 und/oder 3 beschrieben, können die eine oder mehreren reaktionsfähigen funktionellen Gruppen 204 Bindung des einen oder der mehreren Antikörper der einen oder mehreren molekularen Beladungen 102 an das eine oder die mehreren Oberflächenbiomoleküle 104 des Ausgangsexosoms 202 ermöglichen. Durch Binden des einen oder der mehreren Antikörper an die Oberfläche des Exosom-Trägers 100 kann der Exosom-Träger 100 funktionalisiert werden, spezifische biologische Zellen und/oder Gewebe anzuzielen. Beispielsweise kann ein oder können mehrere Exosom-Träger 100, die molekulare Beladung 102 tragen, die Antikörper enthält (z.B. wie in 4 gezeigt), chemisch an eine oder mehrere biologische Zellen und/oder Gewebe angezogen werden, die den Typ von Antigen aufweisen, der an die Antikörper binden kann. Mit anderen Worten kann die molekulare Antikörper-Beladung 102 (z.B. wie in 4 gezeigt) Antikörper-Antigen-Wechselwirkungen zwischen dem einen oder den mehreren Exosom-Trägern 100 und einer oder mehreren biologischen Zielzellen und/oder -geweben ermöglichen; um Spezifität für die Transport- und/oder Abgabefunktionalität des einen oder der mehreren Exosom-Träger 100 zu ergeben. Ferner kann die eine oder können die mehreren molekularen Beladungen 102 bei einer oder mehreren Ausführungsformen ein oder mehrere Antigene (nicht gezeigt) aufweisen, um Antikörper-Antigen-Wechselwirkungen zwischen dem einen oder den mehreren Exosom-Trägern 100 und einer oder mehreren biologischen Zielzellen und/oder -geweben, die spezifische Antikörper enthalten, zu ermöglichen.
5 zeigt eine Darstellung eines beispielhaften nichtbeschränkenden dritten Konjugationsschemas 500, das Konjugation der einen oder mehreren molekularen Beladungen 102 an das eine oder die mehreren Oberflächenbiomoleküle 104 gemäß einer oder mehreren hierin beschriebenen Ausführungsformen ermöglichen kann. Aus Gründen der Knappheit wird auf eine wiederholte Beschreibung gleicher Elemente, die bei anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden, verzichtet. Wie in 5 gezeigt, kann das beispielhafte dritte Konjugationsschema 400 Konjugieren eines Ausgangsexosoms 202 mit mehreren molekularen Beladungen 102 aufweisen, um einen oder mehrere Exosom-Träger 100 zu bilden. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen können die eine oder mehreren molekularen Beladungen 102 und/oder das eine oder die mehreren Ausgangsexosomen 202 in einer basischen Lösung (z.B. mit einem pH-Wert von höher als oder gleich 7 und kleiner als oder gleich 9) zusammengemischt werden, um das zweite Konjugationsschema 400 zu ermöglichen.
Das dritte Konjugationsschema 500 veranschaulicht, dass der eine oder die mehreren Exosom-Träger 100 eine Vielzahl von verschiedenen Typen von molekularen Beladungen 102 aufweisen können. Beispielsweise zeigt 5 einen beispielhaften Exosom-Träger 100, der einen ersten Typ von molekularer Beladung 102, die eine oder mehrere Nukleinsäuren aufweist, und einen zweiten Typ von molekularer Beladung 102, der einen oder mehrere Antikörper aufweist (z.B. können die eine oder mehreren Wellenlinien Nukleinsäuren darstellen und/oder die eine oder mehreren „Y“-förmigen Strukturen können Antikörper darstellen), aufweist. Wie in dem dritten Konjugationsschema 500 gezeigt, können die verschiedenen Typen von molekularen Beladungen 102 gleichzeitig an das eine oder die mehreren Ausgangsexosomen 202 konjugiert werden. Beispielsweise können molekulare Beladungen 102, die Nukleinsäuren aufweisen, und molekulare Beladungen 102, die Antikörper aufweisen, gleichzeitig an das eine oder die mehreren Ausgangsexosomen 202 konjugiert werden. Alternativ dazu kann ein oder können mehrere erste Typen von molekularen Beladungen 102 (die z.B. eine oder mehrere Nukleinsäuren aufweisen) mit dem einen oder den mehreren Ausgangsexosomen 202 konjugiert werden, worauf der erhaltene Exosom-Träger 100 mit einem oder mehreren zweiten Typen von molekularen Beladungen 102 (die z.B. eine oder mehrere Antikörper aufweisen) weiter konjugiert werden kann.
Die Konjugation einer Vielzahl verschiedener Typen von molekularen Beladungen 102 kann die Funktionalität des einen oder der mehreren Exosom-Träger 100 verstärken. Beispielsweise kann, wie hierin beschrieben, Konjugieren einer oder mehrerer molekularer Nukleinsäurebeladungen 102 ermöglichen, dass der eine oder die mehreren Exosom-Träger 100 therapeutische chemische Verbindungen transportieren und/oder abgeben. Ferner kann Konjugieren von molekularen Proteinbeladungen 102 (z.B. Antikörper und/oder Antigen) an die entsprechenden Exosom-Träger 100 Spezifität für den Transport und/oder die Abgabe der therapeutischen chemischen Verbindungen verleihen. Somit kann ein oder können mehrere Exosom-Träger 100, die sowohl mit molekularen Nukleinsäurebeladungen 102 als auch mit molekularen Proteinbeladungen 102 (z.B. Antikörper und/oder Antigen) konjugiert sind, therapeutische chemische Verbindungen vorteilhaft zu biologischen Zielzellen und/oder -geweben transportieren und/oder an sie abgeben.
6 zeigt eine Darstellung eines beispielhaften nichtbeschränkenden Abgabeverfahrens 600, das durch den einen oder die mehreren Exosom-Träger 100 gemäß einer oder mehreren hierin beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt werden kann. Aus Gründen der Knappheit wird auf eine wiederholte Beschreibung gleicher Elemente, die bei anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden, verzichtet. Wie in 6 gezeigt, kann der eine oder können die mehreren Exosom-Träger 100 eine oder mehrere molekulare Beladungen 102 zu der Plasmamembran 602 einer oder mehrerer biologischer Zellen und/oder Gewebe transportieren.
Beispielsweise kann der eine oder können die mehreren Exosom-Träger 100 die eine oder mehreren molekularen Beladungen 102 durch die Plasmamembran 602 transportieren. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen kann der eine oder können die mehreren Exosom-Träger 100 über eine oder mehrere Wechselwirkungen zwischen einem oder mehreren Oberflächenbiomolekülen 104 und/oder einem oder mehreren zellulären Rezeptoren, die an und/oder in der Plasmamembran 602 angeordnet sind, an der Plasmamembran 602 haften. Ferner kann der eine oder können die mehreren Exosom-Träger 100 bei verschiedenen Ausführungsformen durch eine Antikörper-Antigen-Wechselwirkung zwischen dem einen oder den mehreren Oberflächenbiomolekülen 104 und einem oder mehreren Ziel-Antigenen 604, die an der Plasmamembran 602 angeordnet sind, an die Plasmamembran 602 angezogen werden und/oder auf andere Weise daran haften. Beispielsweise kann der eine oder können die mehreren Exosom-Träger 100 eine oder mehrere molekulare Beladungen 102, die Proteine (z.B. Antikörper und/oder Antigene) mit einer chemischen Affinität zu der Plasmamembran 602 (z.B. zu einem an der Oberfläche der Plasmamembran 602 angeordneten Ziel-Antigen 604 und/oder Ziel-Antikörper) aufweisen. Sobald er an der Plasmamembran 602 haftet, kann der eine oder können die mehreren Exosom-Träger 100: Weiterleitung von löslicher Signalgebung über intrazelluläre Signalwege auslösen; mit der Plasmamembran 602 verschmelzen, um so die eine oder mehreren molekularen Beladungen 102 durch die Plasmamembran 602 zu überführen; und/oder durch Phagozytose, Mikropinozytose, rezeptorvermittelte Endozytose und/oder transportervermittelte Endozytose endozytosiert zu werden. Beispielsweise kann der eine oder können die mehreren Exosom-Träger 100 bei einer oder mehreren Ausführungsformen durch rezeptorvermittelte Endozytose in eine oder mehrere biologische Zellen und/oder Gewebe internalisiert werden, wobei ein oder mehrere Liganden (z.B. Oberflächenbiomoleküle 104 und/oder molekulare Beladungen 102), die an der Oberfläche des Exosom-Trägers 100 angeordnet sind (z.B. an der Doppelschichtmembran 106 angeordnet), an einem oder mehreren Zellrezeptoren (z.B. Fängerrezeptoren), die an der Plasmamembran 602 angeordnet sind, angreifen können. Ferner kann der eine oder können die mehreren Exosom-Träger 100 durch einen oder mehrere Endozytosemechanismen internalisiert werden.
7 zeigt eine Darstellung einer beispielhaften nichtbeschränkenden On-Chip-Sonde 700, die verwendet werden kann, um ein oder mehrere Ausgangsexosomen 202 aus einer Vielzahl von Exosomproben gemäß einer oder mehreren hierin beschriebenen Ausführungsformen zu isolieren. Aus Gründen der Knappheit wird auf eine wiederholte Beschreibung gleicher Elemente, die bei anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden, verzichtet. Wie in 7 gezeigt, kann die eine oder können die mehreren On-Chip-Sonden 700 eine oder mehrere molekulare Sonden 702 aufweisen (z.B. durch unterbrochene Linien in 7 gezeigt), die an einem Substrat 704 befestigt sind. Die eine oder mehreren molekularen Sonden 702 können einzelsträngige Nukleinsäurekomplexe sein (z.B. durch Wellenlinien in 7 gezeigt), die zu einer oder mehreren einzelsträngigen Nukleinsäuren, die an eine Oberfläche der Doppelschichtmembran 106 eines oder mehrerer Ausgangsexosomen 202 gebunden sind, komplementär sein können.
Wie in 7 gezeigt, kann die eine oder können die mehreren molekularen Sonden 702 an einem oder mehreren Substraten 704 befestigt sein. Zu Beispielen von Materialien, die das eine oder die mehreren Substrate 704 aufweisen können, können gehören, ohne darauf beschränkt zu sein: Silicium, Polydimethylsiloxan („PDMS“), Poly(methylmethacrylat) („PMMA“), eine Kombination davon und/oder dergleichen. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen kann die eine oder können die mehreren molekularen Sonden 702 durch physikalische Adsorption, Thiol, Amine, Nukleinsäure-Biotin, eine Kombination davon und/oder dergleichen an dem einen oder den mehreren Substraten 704 befestigt sein.
8 zeigt eine Darstellung eines beispielhaften nichtbeschränkenden Exosomenisolationsverfahrens 800, das durchgeführt werden kann, um ein oder mehrere Ausgangsexosomen 202 aus einer Vielzahl von Exosomenproben gemäß einer oder mehreren hierin beschriebenen Ausführungsformen zu isolieren. Aus Gründen der Knappheit wird auf eine wiederholte Beschreibung gleicher Elemente, die bei anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden, verzichtet. Wie in 8 gezeigt, kann das Exosomenisolationsverfahren 800 die eine oder mehreren On-Chip-Sonden 700 verwenden, um ein oder mehrere Ausgangsexosomen 202 von Interesse zu sammeln.
Eine Probe, die eine Vielzahl von Exosomen aufweist, kann zu der einen oder den mehreren On-Chip-Sonden 700 eingebracht werden (z.B. durch ein lithographisches Verfahren, Eintauchen in eine gewünschte Lösung oder ein Mikrofluidiksystem). Wenn die eine oder mehreren Vielzahlen von Exosomen über die eine oder mehreren On-Chip-Sonden 700 passieren, kann eine oder können mehrere chemische Verbindungen an der Oberfläche der Exosomen zu der einen oder den mehreren molekularen Sonden 702, die an dem einen oder den mehreren Substraten 704 befestigt sind, angezogen werden und/oder auf andere Weise damit wechselwirken. Exosomen, die nicht eine oder mehrere Oberflächenverbindungen mit einer chemischen Affinität zu der einen oder den mehreren molekularen Sonden 702 aufweisen, können ohne Wechselwirkung über die eine oder mehreren On-Chip-Sonden 700 passieren. Im Gegensatz dazu können Exosomen, die eine oder mehrere Oberflächenverbindungen mit einer chemischen Affinität zu den molekularen Sonden 702 aufweisen, chemisch mit der einen oder den mehreren molekularen Sonden 702 wechselwirken (z.B. Annealing) und/oder davon eingefangen werden. Somit kann das Exosomenisolationsverfahren 800 Exosomen mit spezifischen Oberflächenzusammensetzungen auf Grundlage der Selektion chemischer Verbindungen, die die eine oder mehreren molekularen Sonden 702 aufweisen (z.B. den einen oder die mehreren zweiten Teile 708), isolieren.
Beispielsweise kann die Oberfläche der einen oder mehreren Ausgangsexosomen 202 mit einem oder mehreren Proteinen (z.B. Antikörper und/oder Antigene) verändert werden, die eine einzelsträngige Nukleinsäure aufweisen, die zu der einen oder den mehreren molekularen Sonden 702 komplementär ist. Beispielsweise kann ein Nukleinsäure-Antikörper-Komplex 802 synthetisiert werden, der einen ersten Teil aufweist, der an einen zweiten Teil gebunden ist. Der erste Teil des Nukleinsäure-Antikörper-Komplexes 802 kann eine einzelsträngige Nukleinsäure sein, die zu der einzelsträngigen molekularen Nukleinsäuresonde 702 komplementär ist. Der zweite Teil des Nukleinsäure-Antikörper-Komplexes 802 kann ein oder mehrere Antikörper mit einer Affinität zur Bindung an ein oder mehrere Oberflächenbiomoleküle 104 der Ausgangsexosomen 202 von Interesse sein. Beispielsweise kann der eine oder können die mehreren Antikörper eine Affinität zur Bindung an eine oder mehrere Antigen-Oberflächenbiomoleküle 104 aufweisen (z.B. eine Affinität zum Auslösen einer Antikörper-Antigen-Wechselwirkung mit einem oder mehreren Oberflächenbiomolekülen 104, die an den Ausgangsexosomen 202 von Interesse angeordnet sind). Somit kann der eine oder können die mehreren Nukleinsäure-Antikörper-Komplexe 802 die Oberfläche von Ziel-Ausgangsexosomen 202 mit einzelsträngiger Nukleinsäure funktionalisieren, die zu der einen oder den mehreren molekularen Sonden 702 komplementär ist. Wie in 8 gezeigt, kann sich der eine oder können sich die mehreren Nukleinsäure-Antikörper-Komplexe 802 mit der einen oder den mehreren molekularen Sonden 702 verbinden, wodurch die On-Chip-Sonde 700 ein oder mehrere Ausgangsexosomen 202 von Interesse einfangen kann (z.B. ein oder mehrere Ausgangsexosomen 202, die spezifische Oberflächenbiomoleküle 104 aufweisen, wie z.B. spezifische Antigene, die die Transportspezifität des einen oder der mehreren Exosom-Träger 100 unterstützen können).
Während 8 eine On-Chip-Sonde 700 zeigt, die eine Vielzahl von molekularen Sonden 702 aufweist, die die gleiche oder im Wesentlichen gleiche chemische Struktur aufweisen, ist die Architektur der molekularen Sonden 702 nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann eine oder können mehrere der molekularen Sonden 702, die in einer On-Chip-Sonde 700 enthalten sind, bei einer oder mehreren Ausführungsformen eine andere Struktur aufweisen als eine oder mehrere andere molekulare Sonden 702, die in der On-Chip-Sonde 700 enthalten sind. Beispielsweise kann eine erste molekulare Sonde 702 eine erste einzelsträngige Nukleinsäuresequenz aufweisen, während eine zweite molekulare Sonde 702 eine andere einzelsträngige Nukleinsäuresequenz aufweisen kann. Eine On-Chip-Sonde 700, die eine Vielzahl von molekularen Sonden 702 mit zwei oder mehr verschiedenen Strukturen aufweist, kann über das Exosomenisolationsverfahren 800 zwei oder mehr verschiedene Typen von Ziel-Exosomen isolieren.
Bei einer oder mehreren Ausführungsformen können durch das Exosomenisolationsverfahren 800 isolierte Exosomen als Ausgangsexosomen 202 für die eine oder mehreren hierin beschriebenen Biokonjugationsreaktionen dienen, um den einen oder die mehreren Exosom-Träger 100 zu bilden. Beispielsweise kann das Exosomenisolationsverfahren 800 verwendet werden, um eine oder mehrere molekulare Beladungen 102 an Ausgangsexosomen 202 mit spezifischen Oberflächenstrukturen (z.B. spezifische Zusammensetzungen von Oberflächenbiomolekülen 104) zu konjugieren, um ein oder mehrere Elemente des Abgabeverfahrens 600 zu verstärken und/oder zu ermöglichen. Wenn es beispielsweise für das Abgabeverfahren 600 vorteilhaft sein kann, eine oder mehrere spezifische biologische Zellen und/oder Gewebe anzuzielen, kann das Exosomenisolationsverfahren 800 Ausgangsexosomen 202 mit einem oder mehreren Oberflächenbiomolekülen 104 isolieren, die eine chemische Affinität zu einem oder mehreren Biomolekülen der biologischen Zellen und/oder Gewebe von Interesse aufweisen, um so Transport und/oder Abgabe der einen oder mehreren molekularen Beladungen 102 an spezifische biologische Zellen und/oder Gewebe zu ermöglichen. In einem anderen Fall kann das eine oder können die mehreren von dem Exosomenisolationsverfahren 800 angezielten Oberflächenbiomoleküle 104 die Aufnahme der einen oder mehreren molekularen Beladungen 102 durch die einen oder mehreren biologische Zielzellen und/oder -gewebe verstärken und/oder ermöglichen (z.B. einen oder mehrere Endozytosevorgänge, wie z.B. Phagozytose, Mikropinozytose, rezeptorvermittelte Endozytose und/oder transportervermittelte Endozytose, verstärken und/oder ermöglichen.
9 zeigt ein Flussdiagram eines beispielhaften nichtbeschränkenden Verfahrens 900, das Transport und/oder Abgabe einer oder mehrerer molekularer Beladungen 102 unter Verwendung eines oder mehrerer Exosom-Träger 100 gemäß einer oder mehreren hierin beschriebenen Ausführungsformen ermöglichen kann. Aus Gründen der Knappheit wird auf eine wiederholte Beschreibung gleicher Elemente, die bei anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden, verzichtet.
Bei 902 kann das Verfahren 900 Funktionalisieren eines oder mehrerer Exosomen (z.B. eines oder mehrerer Ausgangsexosomen 202) durch Binden einer oder mehrerer chemisch modifizierter molekularer Beladungen 102 an ein oder mehrere Oberflächenbiomoleküle 104, die an einer Doppelschichtmembran 106 des einen oder der mehreren Exosomen und gegenüber einem Zytoplasma 108 des einen oder der mehreren Exosomen angeordnet sind, aufweisen. Beispielsweise kann das Funktionalisieren gemäß dem ersten Konjugationsschema 200, dem zweiten Konjugationsschema 400 und/oder dem dritten Konjugationsschema 500, die hierin beschrieben werden, durchgeführt werden. Beispielsweise kann die eine oder können die mehreren molekularen Beladungen 102 eine oder mehrere Nukleinsäuren und/oder Proteine (z.B. Antikörper und/oder Antigene) und/oder eine oder mehrere reaktionsfähige funktionelle Gruppen 204 (z.B. aminreaktive Verbindungen, phosphatreaktive Verbindungen, hydroxyreaktive Verbindungen, Antikörper und/oder Antigene) aufweisen. Ferner kann das eine oder können die mehreren Oberflächenbiomoleküle 104 eine oder mehrere funktionelle Gruppen aufweisen, die eine chemische Wechselwirkung (z.B. kovalente Bindung und/oder Antikörper-Antigen-Wechselwirkungen) mit der einen oder den mehreren reaktionsfähigen funktionellen Gruppen 204 ermöglichen kann. Zu Beispielen von Oberflächenbiomolekülen 104 können gehören: Proteine (z.B. Antikörper und/oder Antigene), Phospholipide, Glycolipide, Nukleinsäuren, Polysaccharide, Zucker, delokalisierte Gerüstmoleküle der Doppelschichtmembran 106, Enzyme, eine Kombination davon und/oder dergleichen. Als Ergebnis der Funktionalisierung kann die eine oder können die mehreren molekularen Beladungen 102 in einer radialen Anordnung an die Oberfläche des einen oder der mehreren Ausgangsexosomen 202 gebunden werden, um einen oder mehrere Exosom-Träger 100 zu bilden.
Bei 904 kann das Verfahren 900 Abgeben der einen oder mehreren chemisch modifizierten molekularen Beladungen 102 durch das Exosom an eine oder mehrere biologische Zellen und/oder Gewebe aufweisen. Beispielsweise kann das Abgeben bei 904 gemäß dem hierin beschriebenen Abgabeverfahren 600 durchgeführt werden. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen kann die eine oder können die mehreren chemisch modifizierten molekularen Beladungen 102, die an das eine oder die mehreren Exosomen gebunden sind (z.B. an das eine oder die mehreren Ausgangsexosomen 202 gebunden), ermöglichen, dass der eine oder die mehreren Exosom-Träger 100 eine oder mehrere spezifische biologische Zellen und/oder Gewebe zur Abgabe der einen oder mehreren molekularen Beladungen 102 anzielen. Beispielsweise kann eine oder können mehrere der molekularen Beladungen 102 einen oder mehrere Antikörper aufweisen, die spezifisch von einem oder mehreren Antigenen von einer oder mehreren biologischen Zellen und/oder Geweben von Interesse angezogen werden. Ferner kann der eine oder können die mehreren Exosom-Träger 100 die eine oder mehreren molekularen Beladungen 102 abgeben durch: Auslösen der Übertragung löslicher Signalgebung über intrazelluläre Signalwege; Verschmelzen mit der Plasmamembran 602 der einen oder mehreren biologischen Zellen und/oder Gewebe, um die eine oder mehreren molekularen Beladungen 102 durch die Plasmamembran 602 zu überführen; und/oder Endozytose durch Phagozytose, Mikropinozytose, rezeptorvermittelte Endozytose und/oder transportervermittelte Endozytose. Beispielsweise kann der eine oder können die mehreren Exosom-Träger 100 bei einer oder mehreren Ausführungsformen durch rezeptorvermittelte Endozytose in eine oder mehrere biologische Zellen und/oder Gewebe internalisiert werden, wobei ein oder mehrere Liganden (z.B. Oberflächenbiomoleküle 104 und/oder molekulare Beladungen 102), die an der Oberfläche des Exosom-Trägers 100 angeordnet sind (z.B. an der Doppelschichtmembran 106 angeordnet), an einem oder mehreren Zellrezeptoren (z.B. Fängerrezeptoren), die an der Plasmamembran 602 angeordnet sind, angreifen können. Abgabe der einen oder mehreren molekularen Beladungen 102 kann eine oder mehrere therapeutische Therapien ermöglichen, wie z.B.: Antisenseverfahren, Ribonukleinsäure(„RNA“)-Interferenzverfahren, Splice-Switching-Verfahren, Therapeutika auf Messenger-RNA-Basis, Therapeutika auf Mikro-RNA-Basis, eine Kombination davon und/oder dergleichen.
10 zeigt ein Flussdiagram eines beispielhaften nichtbeschränkenden Verfahrens 1000, das Transport und/oder Abgabe einer oder mehrerer molekularer Beladungen 102 unter Verwendung eines oder mehrerer Exosom-Träger 100 gemäß einer oder mehreren hierin beschriebenen Ausführungsformen ermöglichen kann. Aus Gründen der Knappheit wird auf eine wiederholte Beschreibung gleicher Elemente, die bei anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden, verzichtet.
Bei 1002 kann das Verfahren 1000 Funktionalisieren eines oder mehrerer Exosomen (z.B. eines oder mehrerer Ausgangsexosomen 202) durch Binden einer oder mehrerer chemisch modifizierter molekularer Beladungen 102 an ein oder mehrere Oberflächenbiomoleküle 104, die an einer Doppelschichtmembran 106 des einen oder der mehreren Exosomen und gegenüber einem Zytoplasma 108 des einen oder der mehreren Exosomen angeordnet sind, aufweisen. Beispielsweise kann das Funktionalisieren gemäß dem ersten Konjugationsschema 200, dem zweiten Konjugationsschema 400 und/oder dem dritten Konjugationsschema 500, die hierin beschrieben werden, durchgeführt werden. Beispielsweise kann die eine oder können die mehreren chemisch modifizierten molekularen Beladungen 102 eine oder mehrere Nukleinsäuren und/oder Proteine (z.B. Antikörper und/oder Antigene) und/oder eine oder mehrere reaktionsfähige funktionelle Gruppen 204 (z.B. aminreaktive Verbindungen, phosphatreaktive Verbindungen, hydroxyreaktive Verbindungen, Antikörper und/oder Antigene) aufweisen. Ferner kann das eine oder können die mehreren Oberflächenbiomoleküle 104 eine oder mehrere funktionelle Gruppen aufweisen, die eine chemische Wechselwirkung (z.B. kovalente Bindung und/oder Antikörper-Antigen-Wechselwirkungen) mit der einen oder den mehreren reaktionsfähigen funktionellen Gruppen 204 ermöglichen kann. Zu Beispielen von Oberflächenbiomolekülen 104 können gehören, ohne darauf beschränkt zu sein: Proteine (z.B. Antikörper und/oder Antigene), Phospholipide, Glycolipide, Nukleinsäuren, Polysaccharide, Zucker, delokalisierte Gerüstmoleküle der Doppelschichtmembran 106, Enzyme, eine Kombination davon und/oder dergleichen. Als Ergebnis der Funktionalisierung kann die eine oder können die mehreren molekularen Beladungen 102 in einer radialen Anordnung an die Oberfläche des einen oder der mehreren Ausgangsexosomen 202 gebunden werden, um einen oder mehrere Exosom-Träger 100 zu bilden.
Bei 1004 kann das Verfahren 1000 Funktionalisieren des einen oder der mehreren Exosomen durch Binden einer oder mehrerer zweiter chemisch modifizierter molekularer Beladungen 102 an ein oder mehrere zweite Oberflächenbiomoleküle 104 aufweisen, die an der Doppelschichtmembran 106 und gegenüber dem Zytoplasma 108 angeordnet sind. Beispielsweise kann das Funktionalisieren bei 1004 gemäß dem dritten hierin beschriebenen Konjugationsschema 500 durchgeführt werden. Beispielsweise kann die eine oder können die mehreren zweiten chemisch modifizierten molekularen Beladungen 102 eine oder mehrere Nukleinsäuren und/oder Proteine (z.B. Antikörper und/oder Antigene) und/oder eine oder mehrere reaktionsfähige funktionelle Gruppen 204 (z.B. aminreaktive Verbindungen, phosphatreaktive Verbindungen, hydroxyreaktive Verbindungen, Antikörper und/oder Antigene) aufweisen. Die eine oder mehreren reaktionsfähigen funktionellen Gruppen 204 der einen oder mehreren zweiten chemisch modifizierten molekularen Beladungen 102 können eine oder mehrere Bindungen (z.B. Biokonjugationsreaktionen, kovalente Bindung und/oder Antikörper-Antigen-Wechselwirkungen) mit dem einen oder den mehreren zweiten Oberflächenbiomolekülen 104 ermöglichen. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen kann die eine oder können die mehreren chemisch modifizierten molekularen Beladungen 102 und die eine oder die mehreren zweiten chemisch modifizierten molekularen Beladungen 102 unterschiedliche chemische Zusammensetzungen aufweisen, um dem einen oder den mehreren Exosom-Trägern 100 verschiedene Funktionalitäten zu verleihen. Beispielsweise kann das eine oder können die mehreren chemisch modifizierten molekularen Beladungen 102 und die eine oder mehreren zweiten chemisch modifizierten molekularen Beladungen 102 gleichzeitig und/oder aufeinanderfolgend über eine oder mehrere Biokonjugationsreaktionen an das eine oder die mehreren Ausgangsexosomen 202 gebunden werden (z.B. kann die Biokonjugation der einen oder mehreren chemisch modifizierten molekularen Beladungen 102 durchgeführt werden, ohne die Biokonjugation der einen oder mehreren zweiten chemisch modifizierten molekularen Beladungen 102 wesentlich zu hemmen). Durch Funktionalisieren des einen oder der mehreren Exosomen (z.B. eines oder mehrerer Ausgangsexosomen 202) mit einer Vielzahl von verschiedenen chemisch modifizierten molekularen Beladungen 102 kann das eine oder können die mehreren erhaltenen Exosom-Träger 100 mehrere Funktionalitäten aufweisen (z.B. therapeutische Funktionalität und zielspezifische Abgabe).
Bei 1006 kann das Verfahren 1000 Abgeben der einen oder mehreren chemisch modifizierten molekularen Beladungen 102 durch das Exosom an eine oder mehrere biologische Zellen und/oder Gewebe aufweisen. Beispielsweise kann das Abgeben bei 1006 gemäß dem hierin beschriebenen Abgabeverfahren 600 durchgeführt werden. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen kann die eine oder können die mehreren chemisch modifizierten molekularen Beladungen 102, die an das eine oder die mehreren Exosomen gebunden sind (z.B. an das eine oder die mehreren Ausgangsexosomen 202 gebunden), ermöglichen, dass der eine oder die mehreren Exosom-Träger 100 eine oder mehrere spezifische biologische Zellen und/oder Gewebe zur Abgabe der einen oder mehreren molekularen Beladungen 102 anzielen. Beispielsweise kann eine oder können mehrere der molekularen Beladungen 102 einen oder mehrere Antikörper aufweisen, die spezifisch von einem oder mehreren Antigenen von einer oder mehreren biologischen Zellen und/oder Geweben von Interesse angezogen werden. Ferner kann der eine oder können die mehreren Exosom-Träger 100 die eine oder mehreren molekularen Beladungen 102 abgeben durch: Auslösen der Übertragung löslicher Signalgebung über intrazelluläre Signalwege; Verschmelzen mit der Plasmamembran 602 der einen oder mehreren biologischen Zellen und/oder Gewebe, um die eine oder mehreren molekularen Beladungen 102 durch die Plasmamembran 602 zu überführen; und/oder Endozytose durch Phagozytose, Mikropinozytose, rezeptorvermittelte Endozytose und/oder transportervermittelte Endozytose. Beispielsweise kann der eine oder können die mehreren Exosom-Träger 100 bei einer oder mehreren Ausführungsformen durch rezeptorvermittelte Endozytose in eine oder mehrere biologische Zellen und/oder Gewebe internalisiert werden, wobei ein oder mehrere Liganden (z.B. Oberflächenbiomoleküle 104 und/oder molekulare Beladungen 102), die an der Oberfläche des Exosom-Trägers 100 angeordnet sind (z.B. an der Doppelschichtmembran 106 angeordnet), an einem oder mehreren Zellrezeptoren (z.B. Fängerrezeptoren), die an der Plasmamembran 602 angeordnet sind, angreifen können. Abgabe der einen oder mehreren molekularen Beladungen 102 kann eine oder mehrere therapeutische Therapien ermöglichen, wie z.B.: Antisenseverfahren, Ribonukleinsäure(„RNA“)-Interferenzverfahren, Splice-Switching-Verfahren, Therapeutika auf Messenger-RNA-Basis, Therapeutika auf Mikro-RNA-Basis, eine Kombination davon und/oder dergleichen.
11 zeigt ein Flussdiagram eines beispielhaften nichtbeschränkenden Verfahrens 1100, das Transport und/oder Abgabe einer oder mehrerer molekularer Beladungen 102 unter Verwendung eines oder mehrerer Exosom-Träger 100 gemäß einer oder mehreren hierin beschriebenen Ausführungsformen ermöglichen kann. Aus Gründen der Knappheit wird auf eine wiederholte Beschreibung gleicher Elemente, die bei anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden, verzichtet.
Bei 1102 kann das Verfahren 1100 Isolieren eines oder mehrerer Exosomen aus einer Vielzahl von Exosomen durch eine oder mehrere molekulare Sonden 702 auf Grundlage einer Zusammensetzung eines oder mehrerer Oberflächenbiomoleküle 104, die an einer Doppelschichtmembran 106 des einen oder der mehreren Exosomen und gegenüber einem Zytoplasma 108 des einen oder der mehreren Exosomen angeordnet sind, aufweisen. Beispielsweise kann das Isolieren bei 1102 gemäß dem hierin beschriebenen Exosomenisolationsverfahren 800 durchgeführt werden. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen kann die eine oder können die mehreren molekularen Sonden 702 in einer oder mehreren On-Chip-Sonden 700 enthalten sein, wobei die eine oder mehreren molekularen Sonden 702 an einem oder mehreren Substraten 704 befestigt sein können. Ferner kann die eine oder können die mehreren molekularen Sonden 702 einen ersten Teil 706 (der z.B. eine oder mehrere Nukleinsäuren aufweist), der an das eine oder die mehreren Substrate 704 gebunden ist, und/oder einen zweiten Teil 708 (der z.B. ein/en oder mehrere Antikörper und/oder Antigene aufweist) der einen oder mehreren molekularen Sonden 702 aufweisen. Der zweite Teil 708 kann chemisch (z.B. über eine oder mehrere Biokonjugationen und/oder Antikörper-Antigen-Wechselwirkungen) mit dem einen oder den mehreren Oberflächenbiomolekülen 104 an der Oberfläche der Exosomen wechselwirken. Die chemischen Verbindungen, die den zweiten Teil 708 aufweisen, können eine chemische Affinität zur Bindung und/oder anderen Wechselwirkung mit spezifischen chemischen Verbindungen aufweisen; dadurch können durch die eine oder mehreren molekularen Sonden 702 isolierten Exosomen solche Exosomen sein, die die eine oder mehrere spezifischen chemischen Verbindungen aufweisen (z.B. gemäß den hierin beschriebenen Biokonjugationsreaktionen und/oder Antikörper-Antigen-Wechselwirkungen). Beispielsweise kann der zweite Teil 708 einen oder mehrere Antikörper aufweisen und/oder ein oder mehrere Exosomen, die ein oder mehrere Antigene aufweisen, die von dem einen oder den mehreren Antikörpern angezielt werden, können von der einen oder den mehreren molekularen Sonden 702 eingefangen und dadurch Isolation unterzogen werden. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die On-Chip-Sonde 700 eine Vielzahl von molekularen Sonden 702 aufweisen, die verschiedene chemische Verbindungen aufweisen, um eine Vielzahl von Exosomen mit verschiedenen Oberflächenzusammensetzungen zu isolieren.
Bei 1104 kann das Verfahren 1100 Funktionalisieren der Oberfläche mit einer oder mehreren molekularen Beladungen 102 aufweisen. Beispielsweise kann das Funktionalisieren gemäß dem ersten Konjugationsschema 200, dem zweiten Konjugationsschema 400 und/oder dem dritten Konjugationsschema 500, die hierin beschrieben werden, durchgeführt werden. Beispielsweise kann die eine oder können die mehreren molekularen Beladungen 102 eine oder mehrere Nukleinsäuren und/oder Proteine (z.B. Antikörper und/oder Antigene) und/oder eine oder mehrere reaktionsfähige funktionelle Gruppen 204 (z.B. aminreaktive Verbindungen, phosphatreaktive Verbindungen, hydroxyreaktive Verbindungen, Antikörper und/oder Antigene) aufweisen. Als Ergebnis der Funktionalisierung kann die eine oder können die mehreren molekularen Beladungen 102 in einer radialen Anordnung an die Oberfläche des einen oder der mehreren Ausgangsexosomen 202 gebunden werden, um einen oder mehrere Exosom-Träger 100 zu bilden.
12 zeigt ein Flussdiagram eines beispielhaften nichtbeschränkenden Verfahrens 1200, das Transport und/oder Abgabe einer oder mehrerer molekularer Beladungen 102 unter Verwendung eines oder mehrerer Exosom-Träger 100 gemäß einer oder mehreren hierin beschriebenen Ausführungsformen ermöglichen kann. Aus Gründen der Knappheit wird auf eine wiederholte Beschreibung gleicher Elemente, die bei anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden, verzichtet.
Bei 1202 kann das Verfahren 1200 Isolieren eines oder mehrerer Exosomen aus einer Vielzahl von Exosomen durch eine oder mehrere molekulare Sonden 702 auf Grundlage einer Zusammensetzung eines oder mehrerer Oberflächenbiomoleküle 104, die an einer Doppelschichtmembran 106 des einen oder der mehreren Exosomen und gegenüber einem Zytoplasma 108 des einen oder der mehreren Exosomen angeordnet sind, aufweisen. Beispielsweise kann das Isolieren bei 1102 gemäß dem hierin beschriebenen Exosomenisolationsverfahren 800 durchgeführt werden. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen kann die eine oder können die mehreren molekularen Sonden 702 in einer oder mehreren On-Chip-Sonden 700 enthalten sein, wobei die eine oder mehreren molekularen Sonden 702 an einem oder mehreren Substraten 704 befestigt sein können. Ferner kann die eine oder können die mehreren molekularen Sonden 702 einen ersten Teil 706 (der z.B. eine oder mehrere Nukleinsäuren aufweist), der an das eine oder die mehreren Substrate 704 gebunden ist, und/oder einen zweiten Teil 708 (der z.B. ein/en oder mehrere Antikörper und/oder Antigene aufweist) der einen oder mehreren molekularen Sonden 702 aufweisen. Der zweite Teil 708 kann chemisch (z.B. über eine oder mehrere Biokonjugationen und/oder Antikörper-Antigen-Wechselwirkungen) mit dem einen oder den mehreren Oberflächenbiomolekülen 104 an der Oberfläche der Exosomen wechselwirken. Die chemischen Verbindungen, die den zweiten Teil 708 aufweisen, können eine chemische Affinität zur Bindung und/oder anderen Wechselwirkung mit spezifischen chemischen Verbindungen aufweisen; dadurch können durch die eine oder mehreren molekularen Sonden 702 isolierten Exosomen solche Exosomen sein, die die eine oder mehrere spezifischen chemischen Verbindungen aufweisen (z.B. gemäß den hierin beschriebenen Biokonjugationsreaktionen und/oder Antikörper-Antigen-Wechselwirkungen). Beispielsweise kann der zweite Teil 708 einen oder mehrere Antikörper aufweisen und/oder ein oder mehrere Exosomen, die ein oder mehrere Antigene aufweisen, die von dem einen oder den mehreren Antikörpern angezielt werden, können von der einen oder den mehreren molekularen Sonden 702 eingefangen und dadurch Isolation unterzogen werden. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die On-Chip-Sonde 700 eine Vielzahl von molekularen Sonden 702 aufweisen, die verschiedene chemische Verbindungen aufweisen, um eine Vielzahl von Exosomen mit verschiedenen Oberflächenzusammensetzungen zu isolieren.
Bei 1204 kann das Verfahren 1200 Binden einer oder mehrerer molekularer Beladungen 102 an ein oder mehrere zweite Oberflächenbiomoleküle 104, die an der Doppelschichtmembran 106 und gegenüber dem Zytoplasma 108 angeordnet sind, aufweisen. Beispielsweise kann das Binden bei 1204 gemäß dem ersten Konjugationsschema 200, dem zweiten Konjugationsschema 400 und/oder dem dritten Konjugationsschema 500, die hierin beschrieben werden, durchgeführt werden. Beispielsweise kann die eine oder können die mehreren molekularen Beladungen 102 eine oder mehrere Nukleinsäuren und/oder Proteine (z.B. Antikörper und/oder Antigene) und/oder eine oder mehrere reaktionsfähige funktionelle Gruppen 204 (z.B. aminreaktive Verbindungen, phosphatreaktive Verbindungen, hydroxyreaktive Verbindungen, Antikörper und/oder Antigene) aufweisen. Ferner kann das eine oder können die mehreren zweiten Oberflächenbiomoleküle 104 eine oder mehrere funktionelle Gruppen aufweisen, die eine chemische Wechselwirkung (z.B. kovalente Bindung und/oder Antikörper-Antigen-Wechselwirkungen) mit der einen oder den mehreren reaktionsfähigen funktionellen Gruppen 204 ermöglichen können. Zu Beispielen von zweiten Oberflächenbiomolekülen 104 können gehören, ohne darauf beschränkt zu sein: Proteine (z.B. Antikörper und/oder Antigene), Phospholipide, Glycolipide, Nukleinsäuren, Polysaccharide, Zucker, delokalisierte Gerüstmoleküle der Doppelschichtmembran 106, Enzyme, eine Kombination davon und/oder dergleichen. Als Ergebnis des Bindens kann die eine oder können die mehreren molekularen Beladungen 102 in einer radialen Anordnung an die Oberfläche des einen oder der mehreren isolierten Exosomen gebunden werden, um einen oder mehrere Exosom-Träger 100 zu bilden.
Bei 1206 kann das Verfahren 1200 Abgeben der einen oder mehreren molekularen Beladungen 102 durch das oder die mehreren Exosomen (z.B. ein oder mehrere Exosom-Träger 100) an eine oder mehrere biologische Zellen und/oder Gewebe aufweisen, wobei das eine oder die mehreren Exosomen eine chemische Affinität zu der/dem einen oder den mehreren biologischen Zellen und/oder Geweben aufweisen können. Beispielsweise kann das Abgeben bei 1206 gemäß dem hierin beschriebenen Abgabeverfahren 600 durchgeführt werden. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen kann die eine oder können die mehreren molekularen Beladungen 102, die an das eine oder die mehreren isolierten Exosomen gebunden sind (z.B. an das eine oder die mehreren Ausgangsexosomen 202 gebunden), ermöglichen, dass der eine oder die mehreren Exosom-Träger 100 eine oder mehrere spezifische biologische Zellen und/oder Gewebe zur Abgabe der einen oder mehreren molekularen Beladungen 102 anzielen. Beispielsweise kann das eine oder können die mehreren Exosomen bei 1202 auf Grundlage ihrer chemischen Affinität zu der/dem einen oder den mehreren biologischen Zellen und/oder Geweben isoliert werden (z.B. können die gleichen Oberflächenbiomoleküle 104, die eine oder mehrere chemische Wechselwirkungen mit der einen oder den mehreren molekularen Sonden 702 ermöglichen können, auch eine oder mehrere chemische Wechselwirkungen mit der/dem einen oder den mehreren biologischen Zellen und/oder Geweben ermöglichen). Ferner kann der eine oder können die mehreren Exosom-Träger 100 die eine oder mehreren molekularen Beladungen 102 abgeben durch: Auslösen der Übertragung löslicher Signalgebung über intrazelluläre Signalwege; Verschmelzen mit der Plasmamembran 602 der einen oder mehreren biologischen Zellen und/oder Gewebe, um die eine oder mehreren molekularen Beladungen 102 durch die Plasmamembran 602 zu überführen; und/oder Endozytose durch Phagozytose, Mikropinozytose, rezeptorvermittelte Endozytose und/oder transportervermittelte Endozytose. Beispielsweise kann der eine oder können die mehreren Exosom-Träger 100 bei einer oder mehreren Ausführungsformen durch rezeptorvermittelte Endozytose in eine oder mehrere biologische Zellen und/oder Gewebe internalisiert werden, wobei ein oder mehrere Liganden (z.B. Oberflächenbiomoleküle 104 und/oder molekulare Beladungen 102), die an der Oberfläche des Exosom-Trägers 100 angeordnet sind (z.B. an der Doppelschichtmembran 106 angeordnet), an einem oder mehreren Zellrezeptoren (z.B. Fängerrezeptoren), die an der Plasmamembran 602 der einen oder mehreren biologischen Zellen und/oder Gewebe angeordnet sind, angreifen können. Abgabe der einen oder mehreren molekularen Beladungen 102 kann eine oder mehrere therapeutische Therapien ermöglichen, wie z.B.: Antisenseverfahren, Ribonukleinsäure(„RNA“)-Interferenzverfahren, Splice-Switching-Verfahren, Therapeutika auf Messenger-RNA-Basis, Therapeutika auf Mikro-RNA-Basis, eine Kombination davon und/oder dergleichen.
Ferner soll der Begriff „oder“ ein einschließendes „oder“ und nicht ein ausschließendes „oder“ bedeuten. Das heißt, wenn nicht anders angegeben oder aus dem Zusammenhang klar, dass „X verwendet A oder B“ jede der natürlichen einschließenden Permutationen bedeuten soll. Das heißt, dass, wenn X A verwendet; X B verwendet; oder X sowohl A als auch B verwendet, „X verwendet A oder B“ in jedem der genannten Fälle erfüllt ist. Ferner sind die Artikel „ein“ und „eines“, wie in der vorliegenden Beschreibung und in den anhängenden Zeichnungen verwendet, im Allgemeinen so auszulegen, dass sie „eines oder mehr“ bedeuten, sofern nicht anders angegeben oder aus dem Zusammenhang klar ist, dass die Singularform gemeint ist. Wie hierin verwendet, werden die Begriffe „Beispiel“ und/oder „beispielhaft“ verwendet, um als Beispiel, Fall oder Veranschaulichung dienend zu bedeuten. Um Zweifel zu vermeiden: der hierin offenbarte Gegenstand wird nicht durch derartige Beispiele beschränkt. Ferner ist jede Erscheinungsform oder Gestaltung, die hierin als „Beispiel“ und/oder „beispielhaft“ beschrieben wird, nicht zwingend als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Erscheinungsformen oder Gestaltungen auszulegen, und sie soll nicht äquivalente beispielhafte Strukturen und Verfahren, die dem Fachmann bekannt sind, ausschließen.
Es ist selbstverständlich nicht möglich, für die Zwecke der Beschreibung der vorliegenden Offenbarung jede denkbare Kombination von Komponenten, Produkten und/oder Verfahren zu beschreiben, der Fachmann kann aber erkennen, dass viele weitere Kombinationen und Permutationen der vorliegenden Offenbarung möglich sind. Ferner sollen bei Verwendung der Begriffe „schließt ein“, „hat“, „verfügt über“ und dergleichen in der ausführlichen Beschreibung, den Ansprüchen, Anhängen und Zeichnungen diese Begriffe ähnlich wie der Begriff „aufweisend“ einschließend sein, wie „aufweisend“ bei Verwendung als Übergangswort in einem Anspruch ausgelegt wird. Die Beschreibungen der verschiedenen Ausführungsformen sind zu Zwecken der Veranschaulichung gegeben worden, sind aber nicht als erschöpfend oder auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt vorgesehen. Dem Fachmann werden zahlreiche Modifikationen und Variationen naheliegen, ohne von dem Umfang der beschriebenen Ausführungsformen abzuweichen. Die hierin verwendete Terminologie wurde gewählt, um die Grundgedanken der Ausführungsformen, die praktische Anwendung oder die technische Verbesserung gegenüber Technologien auf dem Markt am besten zu erklären oder um anderen Fachleuten das Verständnis der hierin offenbarten Ausführungsformen zu ermöglichen.

Claims

Molekül, aufweisend: eine chemisch modifizierte molekulare Beladung, die an ein Oberflächenbiomolekül eines Exosoms gebunden ist, wobei das Oberflächenbiomolekül an einer Doppelschichtmembran des Exosoms gegenüber einem Zytoplasma des Exosoms angeordnet ist.
Molekül nach Anspruch 1, wobei das Oberflächenbiomolekül eine chemische Verbindung ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus einem Protein, einem Antikörper, einem Antigen, einem Phospholipid, einem Glycolipid, einer Nukleinsäure, einem Polysaccharid, einem Zucker und einem delokalisierten Gerüstmolekül der Doppelschichtmembran ist.
Molekül nach Anspruch 2, wobei die chemisch modifizierte molekulare Beladung eine zweite chemische Verbindung ausgewählt aus einer zweiten Gruppe bestehend aus einer weiteren Nukleinsäure, einem weiteren Protein, einem weiteren Antikörper und einem weiteren Antigen ist.
Molekül nach Anspruch 2, wobei die chemisch modifizierte molekulare Beladung die Nukleinsäure ist und wobei das Molekül ferner ein chemisch modifiziertes Protein aufweist, das an ein weiteres Biomolekül des Exosoms kovalent gebunden ist.
Molekül nach Anspruch 3, wobei die chemisch modifizierte molekulare Beladung eine erste funktionelle Gruppe aufweist, die an eine zweite funktionelle Gruppe des Oberflächenbiomoleküls gebunden ist, und wobei die erste funktionelle Gruppe ausgewählt ist aus einer dritten Gruppe bestehend aus einer aminreaktiven Verbindung, einer phosphatreaktiven Verbindung, einer Carbodiimidverbindung, einer hydroxyreaktiven Verbindung und einer carboxyreaktiven Verbindung.
Molekül nach Anspruch 5, wobei die zweite funktionelle Gruppe eine weitere Verbindung ausgewählt aus einer vierten Gruppe bestehend aus einem primären Amin, einer Phosphatgruppe und einer Hydroxygruppe ist.
Verfahren, aufweisend: Funktionalisieren eines Exosoms durch Binden einer chemisch modifizierten molekularen Beladung an ein Oberflächenbiomolekül, das an einer Doppelschichtmembran des Exosoms und gegenüber einem Zytoplasma des Exosoms angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Oberflächenbiomolekül eine chemische Verbindung ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus einem Protein, einem Antikörper, einem Antigen, einem Phospholipid, einem Glycolipid, einer Nukleinsäure, einem Polysaccharid, einem Zucker und einem delokalisierten Gerüstmolekül der Doppelschichtmembran ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die chemisch modifizierte molekulare Beladung eine zweite chemische Verbindung ausgewählt aus einer zweiten Gruppe bestehend aus einer weiteren Nukleinsäure, einem weiteren Protein, einem weiteren Antikörper und einem weiteren Antigen ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die kovalente Bindung durch eine Biokonjugationsreaktion zwischen einer reaktionsfähigen funktionellen Gruppe, die in der chemisch modifizierten molekularen Beladung enthalten ist, und einer funktionellen Zielgruppe, die in dem Oberflächenbiomolekül enthalten ist, gebildet wird, wobei die reaktionsfähige funktionelle Gruppe eine dritte chemische Verbindung ausgewählt aus einer dritten Gruppe bestehend aus einer aminreaktiven Verbindung, einer phosphatreaktiven Verbindung, einer Carbodiimidverbindung, und hydroxyreaktiver Verbindung und einer carboxyreaktiven Verbindung ist und wobei die funktionelle Zielgruppe eine vierte chemische Verbindung ausgewählt aus einer vierten Gruppe bestehend aus einer primären Amingruppe, einer Phosphatgruppe und einer Hydroxygruppe ist.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner aufweisend: Funktionalisieren des Exosoms durch Binden einer zweiten chemisch modifizierten molekularen Beladung an ein zweites Oberflächenbiomolekül, das an der Doppelschichtmembran und gegenüber dem Zytoplasma angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die chemisch modifizierte molekulare Beladung eine Nukleinsäure ist und wobei die zweite chemisch modifizierte molekulare Beladung ein Protein ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Oberflächenbiomolekül eine erste chemische Verbindung ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus einem weiteren Protein, einem Antikörper, einem Antigen, einem Phospholipid, einem Glycolipid, einer weiteren Nukleinsäure, einem Polysaccharid, einem Zucker und einem delokalisierten Gerüstmolekül der Doppelschichtmembran ist und wobei das zweite Oberflächenbiomolekül eine zweite chemische Verbindung ausgewählt aus der Gruppe ist.
Verfahren, aufweisend: durch eine molekulare Sonde Isolieren eines Exosoms aus einer Vielzahl von Exosomen auf Grundlage einer Zusammensetzung eines Oberflächenbiomoleküls, das an einer Doppelschichtmembran des Exosoms und gegenüber einem Zytoplasma des Exosoms angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner aufweisend: Binden der molekularen Sonde an das Oberflächenbiomolekül über eine chemische Wechselwirkung, wobei die molekulare Sonde ferner an ein Substrat gebunden ist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die molekulare Sonde eine erste einzelsträngige Nukleinsäure aufweist und wobei das Oberflächenbiomolekül eine zweite einzelsträngige Nukleinsäure ist, die zu der ersten einzelsträngigen Nukleinsäure komplementär ist.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner aufweisend: Binden einer molekularen Beladung an ein zweites Oberflächenbiomolekül, das an der Doppelschichtmembran und gegenüber dem Zytoplasma angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Binden der molekularen Beladung eine zweite chemische Wechselwirkung ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus einer Biokonjugationsreaktion und einer Antikörper-Antigen-Wechselwirkung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner aufweisend: durch das Exosom Abgeben der molekularen Beladung an eine biologische Zelle, wobei das Exosom eine chemische Affinität zu der biologischen Zelle aufweist.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Abgeben der molekularen Beladung Endozytose des Exosoms in die biologische Zelle aufweist.