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

微泡 外体 信使核糖核酸 核酸 转染 细胞生物学 电穿孔 小RNA 核糖核酸 分子生物学 生物 化学 细胞培养 生物化学 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,Paul Bertani,José Javier Otero,Wu Lu,Kyuson Yun,Andrew S. Lee,Wen Jiang,Lesheng Teng,Betty Y.S. Kim,L. James Lee
出处
期刊:Nature Biomedical Engineering [Springer Nature]
卷期号:4 (1): 69-83 被引量:494
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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