Milk exosomes anchored with hydrophilic and zwitterionic motifs enhance mucus permeability for applications in oral gene delivery

文献情報

出版日 2023-11-23
DOI 10.1039/D3BM01089A
インパクトファクター 6.843
著者

Chenzhen Zhang, Hengli Zhang, Héctor A. Millán Cotto, Timothy L. Boyer, Matthew R. Warren, Chia-Ming Wang, Joshua Luchan, Pradeep K. Dhal, Rebecca L. Carrier, Ambika G. Bajpayee


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要旨

Exosomes have emerged as a promising tool for the delivery of drugs and genetic materials, owing to their biocompatibility and non-immunogenic nature. However, challenges persist in achieving successful oral delivery due to their susceptibility to degradation in the harsh gastrointestinal (GI) environment and impeded transport across the mucus-epithelium barrier. To overcome these challenges, we have developed high-purity bovine milk exosomes (mExo) as a scalable and efficient oral drug delivery system, which can be customized by incorporating hydrophilic and zwitterionic motifs on their surface. In our study, we observed significantly improved transport rates by 2.5–4.5-fold in native porcine intestinal mucus after the introduction of hydrophilic and zwitterionic surface modifications, as demonstrated by transwell setup and fluorescence recovery after photobleaching (FRAP) analysis. Remarkably, mExo functionalized by a block peptide (BP), consisting of cationic and anionic amino acids arranged in blocks at the two ends, demonstrated superior tolerability in the acidic gastric environment (with a protein recovery rate of 84.8 ± 7.7%) and exhibited a 2.5-fold increase in uptake by intestinal epithelial cells. Furthermore, both mExo and mExo-BP demonstrated successful intracellular delivery of functional siRNA, resulting in up to 65% suppression of the target green fluorescence protein (GFP) gene expression at a low dose of siRNA (5 pmol) without causing significant toxicity. These findings highlight the immense potential of modifying mExo with hydrophilic and zwitterionic motifs for effective oral delivery of siRNA therapies.

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掲載誌

Biomaterials Science

Biomaterials Science
CiteScore: 11.5
自己引用率: 3.4%
年間論文数: 492

Biomaterials Science is an international high impact journal exploring the science of biomaterials and their translation towards clinical use. Its scope encompasses new concepts in biomaterials design, studies into the interaction of biomaterials with the body, and the use of materials to answer fundamental biological questions. Papers do not necessarily need to report a new biomaterial but should provide novel insight into the biological applications of the biomaterial. Articles that primarily focus on demonstrating novel materials chemistry and bring a molecular picture to bear on a given material’s suitability as a biomaterial are more suited to our companion journal, Journal of Materials Chemistry B. Biomaterials Science publishes primary research and review-type articles in the following areas: molecular design of biomaterials, including translation of emerging chemistries to biomaterials science of cells and materials at the nanoscale and microscale materials as model systems for stem cell and human biology materials for tissue engineering and regenerative medicine (Nano)materials and (nano)systems for therapeutic delivery interactions at the biointerface biologically inspired and biomimetic materials, including bio-inspired self-assembly systems and cell-inspired synthetic tools next-generation biomaterials tools and methods

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