Exosome therapy – eksosoomiteraapia

Eksosoomid moodustuvad intratsellulaarsetest (rakuvälistest) vesiikulitest. Nad on umbes 30–150 nanomeetrise läbimõõduga. Eksosoomid transpordivad aineid rakku rakuväliselt.

Kõik rakud vabastavad rakuvälised vesiikulid (EV-d) oma normaalse füsioloogia osana ja samuti ka omandatud kõrvalekallete ajal. Vesiikuleid võib laias laastus jagada kahte kategooriasse: ektosoomid ja eksosoomid.

Eksotsütoosiks nimetatakse  transportvesiikulite (ektosoomide) abil raku sisekeskkonnast makromolekulaarsete (nt.valkude) komponentide omastamine ning nende ühinemine raku välismembraaniga kus toimub mittevajalike valkude eksotsüteerimine rakust välja. Eksotsütoosi teel toimub pidev plasmamembraani uuenemine.

Rakust väljapool asetsevad makromolekulid seonduvad rakumembraani või retseptoriga, pungudes rakku sisse. See põhjustab plasmamembraanist koosneva vesiikuli ehk eksosoomi moodustumise, mis tagab transporditavate ainete jõudmise rakku.

Eksosoomi struktuur on kaetud kahekihilise lipiidmembraaniga, mis on sama nagu rakumembraan. Vesiikuli sisemus sisaldab selliseid molekule nagu rakuspetsiifilised valgud, lipiidid, suhkruahelad ja geneetiliste (erinevad RNA/mRNA nukleiinhapete liigid) materjalide lasti. Eksosoomide bioaktiivsus on mõjutatud ka lipiidkomponentide ja lipolüütiliste ensüümidega. Need võivad toimida koos rakusignaalide edastamiseks, nii et kohalikku raku mikrokeskkonda muudetakse või säilitatakse. Läheduses asuvad või kaugemad rakud võivad neid omastada valikuliselt, programmeerides bioaktiivsetele ühenditele bakteri, mis võtab vastu DNA-d teiselt bakterirakult.

Vesiikuli komponendid määravad kindlaks selle, millistest rakkudest eksosoomid vabanevad ja milliseid rakke need edaspidi mõjutama hakkavad. 

Rakkudega võrreldes on eksosoomid oma mõõtmetelt tuhat korda väiksemad, samuti nad enamikust teistest ekstratsellulaarsetest vesiikulitest veelgi väiksemad.

Eksosoom on sarnane rakuga kuid tal puudub tuum, mis muudab ta paljunemisvõimetuks. Eksosoom on elutu.

Eksosoomil on mitu rolli.

Kommunikatsiooni ehk info jagamine. Selline rakkudevaheline informatsioon võimaldab jagada teavet erinevate rakkude vahel. Rakkudele antud käsklused võivad olla nagu ahelreaktsioon, mis aktiveerivad erinevate rakkude toimimise, tootlikkuse, ainevahetuse jne. 

Rakkude regenereerimine on seotud ka eksosoomide võimega kanda geneetilist materjali, mis mõjutab rakkude kasvu ja uuenemist.

Rahustav toime võimaldab maandada ärritusi ja põletikulisi reaktsioone.

Fibroplastrakkude stimulatsioon käivitab hoogsalt sidekoelise valgulise kollageeni tootmise, mis tagab kudede elastsuse ja tugevuse.

Transport. Mikroskoopilised eksosoomi osakesed kannavad endas valke (tsütokiinid, adhesioonimolekulid,  ribosomaalsed valgud, kasvufaktorid ja metaboolsed ensüümid), lipiide (kolesterool ja keramiidid) ja geneetilist materjali ehk nukleiinhappeid (mikroRNA-, DNA), kasvufaktoreid.

Väljutamine. Algselt arvati, et eksosoomid on jäätmed, mis rakkudest väljutatakse. Nüüdseks on aru saadud, et eksosoomid on ise suutelised väljutama rakkude poolt toodetud keemilisi jääkaineid.

Euroopa Liidus on inimpäritolu eksosoome keelatud kasutada esteetilises meditsiinis ja kosmeetikas. Eelkõige seetõttu, et need võivad sisaldada geneetilist materjali. 

Eksosoome saadakse tüvirakkudest. Tüvirakud on algrakud. Neid rakke võib saada erinevatest erinevate kehavedelikest ja organitest (luuüdi, rasvkude, veri, platsenta, rinnapiim, sperma, nabaväät jne.).

Neid kasvatatakse ja eraldatakse laboris. Seejärel puhastatakse rakuvälisest prahist, mittevajalikest valkudest ja muudest komponentidest. Tüvirakk ise on elus rakk aga eksosoom ehk vesiikul on ilma tuumata ja ei ole elus, seetõttu ei ole veel avalikult teada äratõukamisreaktsioone ega muid komplikatsioone.

Tuleb siiski ära märkida, et eksosoomi uuringud on veel lapsekingades aga töö teaduslaborites käib täie hooga.

Eksosoomide kasutus on laialdane:

• Diagnostika – eksosoome kasutatakse kasvajarakkude avastamisel ja tehakse uurimistööd sellel suunal, kuidas saaks rakendada eksosoomi abil vasturavi. Eksosoomidel on suur potentsiaal mitteinvasiivsete diagnostikavahenditena. Eelkõige vedelate biopsiate puhul võimaldab eksosoomide analüüs veres varakult diagnoosida vähki ja muid haigusi. Eksosoomid sisaldavad haigusspetsiifilist RNA-d ja valke ning neid tuvastades võib olla võimalik haigusi avastada varem kui traditsiooniliste biopsiate abil. See muudab need paljulubavaks diagnostiliseks biomarkeriks ja terapeutiliseks vahendiks vähktõve ja muude patoloogiate raviks.
• Immuunravi –  eksosoomide kaudu saab saata signaalmolekule, vähendades allergilisi reaktsioone. Vähist kantud või muude haigustekitajatega nakatunud rakkudest pärinevaid eksosoome saab kasutada immunoteraapia kandjatena. Antigeenide kohaletoimetamisel saab vallandada tugeva immuunvastuse, mis suurendab patsiendi võimet haigustele vastu seista.
• Ravimid – eksosoomid on ravimite kohaletoimetamise süsteemidena näidanud suurt lubadust, nad on nanosuuruses ja seetõttu katsetatakse neid ravimite bioloogilise transporteritena. Retseptorite abiga võivad sellised ravimid jõuda ka spetsiaalselt sihtrakku, näiteks liiguvad nad kasvajakoldesse ja lastiks on vähirakku kasvu ja paljunemist pidurdavad ravimid. Hiirte peal tehtud katsed näitasid, et need kemoteraapiaga (vähivastane) laetud nanovesiikulid on võimelised liikuma kasvajakoesse ja vähendama kasvaja kasvu ilma kahjulike mõjudeta.
• Geeniteraapia – eksosoomi on võimalik asetada nuklotsiite DNA või RNA-ga, mida saab kasutada retsipientrakkude geneetika muutmiseks. Doonorrakud on rakud, mis kannavad geneetilise materjali horisontaalse geeniülekande kaudu retsipientrakkudele. Retsipientrakud (bakter, mis võtab vastu DNA-d teiselt bakterirakult) aga saavad geneetilise materjali doonorrakkudelt. 
• Vaktsiin – olemasolevad vaktsiinid  sisaldavad mikroRNA-d, nende säilitamiseks vajavad aga vaktsiinid külmutamist. Eksosoomid võivad kanda mRNA-d ja toimida vaktsiinidena, neid ei pea külmutama sest eksosoomi sisu on kaitstud riknemise eest. 

Alternatiiv inimtekkelisele eksosoomile on taimne eksosoom.

Taimsed tüvirakud on juba ammu kasutusel, nüüdseks eraldatakse tüvirakkudest eksosoomid. Selge on see, et need jäljendid ei ole samad, mis inimmaterjalist vesiikulid aga kuna nende membraan on samuti fosfolipiidne, siis samastub ja omastub see kergelt inimrakku.

Inimpäritolu eksosoom jagab rakkudele käsklusi ja levitab infot, taimne biotehnoloogiliselt tehtud eksosoom päris sarnaselt ei käitu aga ta on samuti suuteline taasaktiveerima passiivseid naharakke,  toimides rakkude vahelise signaalina.

Biotehnoloogiliselt saadud eksosoomid töötavad rakutasandil suudavad nad nahakvaliteeti suunata paranemise teele. Eksosoomid on loodud viima rakkudesse vajalikke bioaktiivseid aineid, vitamiine, ensüüme jm., mida ta ise lastina kaasas kannab. Ta on efektiivsem transportija kui nanosoom või liposoom.

Taimseid eksosoome leidub taimekudedes, nagu lehed, juured ja seemned. Need on toitaineterikkad, nagu vitamiinid, alkaloidid, kiudained jne.  Lisaks sisaldavad erinevaid bioaktiivseid aineid, nagu antioksüdandid, vähivastased ained ja immunomoduleerivad ained. Taimed omavad positiivset mõju inimeste tervisele mitmel viisil, näiteks krooniliste haiguste ennetamine, seedesüsteemi funktsiooni parandamine ja immuunsüsteemi reguleerimine.

Eksosoome leidub ka ravimteedes, levikuala on juurtes, vartes, lehtedes ja muudes osades. Sisaldavad rohkelt toimeaineid, nagu alkaloidid, flavonoidid, saponiinid, lenduvad õlid jne. See on farmakoloogilise aktiivsuse ja bioloogilise aktiivsuse allikas.

Taimne/loomne tüvirakk on väga sarnane inimrakuga ja seetõttu suuremas osas ilma  äratõukamisrektsioonideta. Turvaline kasutada hooldustes sest ei sisalda haigustekitajaid ega geneetilist materjali.

Eksosoomid võivad olla väga erinevatest taimedest, pidev otsing ja areng käivad käsikäes. Efektiivsuse annab see, milline on taime mõju, millest eksosoom on saadud sest eksosoom ise kannab taimset sisu, mis määrab tema toime. Ilumaailmas on olulise tähtsusega see, kuidas mõjutada rakke ja suuta toimetada aktiivaineid sügavale naha sisse. Eksosoomi kokteilides on palju muid nahale vajalikke aktiivseid lisaaineid, enamik nendest taimsed ekstraktid, vitamiinid, peptiidid, erineva molekuliga hüaluroonhape, kollageen jm.

Loomarakkudest pärinevad eksosoomid on rikkad bioloogiliselt aktiivsete molekulide poolest.

Loomse päritoluga eksosoomid sarnanevad rohkem inimese valkudega.  Neid saab kasutada teadusuuringuteks, uute biomarkerite, ravimite sihtmärkide ja ravimeetodite avastamiseks.

Loomseid eksosoome on saadud lehmapiimast, lõhemarjast, veise nabaväädist jm.

Erinevus loomsete eksosoomide ja taimedest pärinevate ekstratsellulaarsete vesiikulite vahel on suuruses, valkudes, lipiidides, nukleiinhapetes.

Hiljuti on mitmed uuringud näidanud, et toidus olevad eksosomaalsete vesiikulite miRNA-d võivad imenduda läbi soolestiku, täites organismis olulist funktsiooni. Samuti on tõestatud miRNA profiilid eksosoomides, leitud on olemasolu 11 söödavas puu- ja köögiviljas (maasikas, ingver, viinamari jne.) Ka piimas. Igas viljas on eksosoomi suurus ja toime erinev. 

Puuviljadest saadud eksosoome leidub peamiselt vilja viljakestas, viljalihas ja muudes osades. Nende teket reguleerivad taimede kasvustaadium, keskkonnatingimused ja muud tegurid.
Selline eksosoom on rikas antioksüdantide-, vitamiinide-, hormoonide-, signaalmolekulide- ja muude ainete poolest, mille mõju on antibakteriaalne, antioksüdantne, mis soodustab rakkude proliferatsiooni ja immuunsüsteemi regulatsiooni ning muid bioloogilisi tegevusi.