Exosomes Sebagai Pembawa Sistem Penghantaran Obat Baru Untuk Pentargetan Kanker

Exosomes Sebagai Pembawa Sistem Penghantaran Obat Baru Untuk Pentargetan Kanker

Pada tahun 1983 Harding et al mengamati bahwa pits yang dilapisi clathrin dan dimediasi oleh endositosis transferin yang berlabel emas, jumlahnya menjadi sangat meningkat pada vesikel di dalam endosomes multivesikel non lisosom. Selain itu, mereka melaporkan bahwa endosome ini, biasanya disebut badan multivesikel (multivesicular body) menyatu dengan membran plasma dan pelepasan mereka dalam vesikel melalui mekanisme eksositosis. Pada tahun 1987 Johnstone et al memperkenalkan istilah exosomes untuk menyebut pelepasan vesikel ini. Lebih dari satu dekade kemudian, exosomes di isolasi dari limfosit B dan menunjukkan adanya karakteristik antigen, sehingga merangsang respon sel T. Sejak itu exosomes telah terbukti dapat disekresikan oleh berbagai jenis sel termasuk sel T, sel mast, sel dendritik, sel-sel tumor, sel mesenchymal dan sel endotel. Bersama dengan microvesicles yang lebih besar (100-1000 nm) yang terdapat dalam membran plasma,  exosomes ditemukan dalam cairan tubuh yang berbeda seperti plasma darah, urine, saliva, ASI, cairan lavage bronkial, cairan tulang belakang otak, cairan ketuban
dan malignant ascites [5]. Exosomes termasuk ke dalam microvesicles (MVs) yang di sekresikan oleh sejumlah tipe sel baik dalam keadaan fisiologi yang normal ataupun dalam kondisi patologis yang berukuran dari sekitar 30 nm hingga 1000 nm [4].

Exosomes mengandung komposisi lipid dan protein spesifik seperti messenger dan mikro RNAs sehingga exosomes memegang peranan penting dalam proses komunikasi intraselular serta berperan penting dalam proses fisiologis dan patologis. Exosomes juga merupakan jenis mediator signal yang terlibat dalam sejumlah proses fisiologi dan patologi dalam tubuh. Dengan demikian, exosomes berpotensi sebagai biomarker baru yang dapat membantu dalam meningkatkan diagnostik pada berbagai penyakit tergantung dari sifat exosomes yang dapat menstimulasi atau pun yang dapat menekan fungsi sistem imun dan berperan dalam proses degenerative. Oleh karena itu, exosomes yang disekresikan dari sumber sel yang sesuai merupakan agent yang menjanjikan untuk strategi terapeutik baru. Exosomes dapat berfungsi sebagai pembawa untuk menghantarkan obat, protein, siRNAs atau molekul lain ke jaringan spesifik ataupun ke tipe sel tertentu [5].

Dalam 5 tahun terakhir, penelitian tentang exosomes mulai meningkat dan penelitian tersebut menjelaskan dan membuktikan bahwa exosomes memediasi singnalling intraselular dalam berbagai proses biologi yang berbeda. Selain itu, exoseomes dapat terlibat dalam patogenesis kanker dan penyakit degeneratif [5]. Pada penelitian yang terbaru, telah menunjukkan bahwa vesikel ini dapat mentransfer atau membawa protein, DNA, RNA coding dan RNA non coding ke sel yang lain atau pun sel yang jaraknya berjauhan [4].

Pada prinsipnya, exosomes digunakan sebagai pembawa dalam penghantaran obat memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan sistem penghantaran sintetis yang ada. Pertama, exosomes bisa berasal dari sel-sel pasien sendiri, sehingga bersifat kurang imunogenik dibandingkan pembawa sistem penghantaran buatan. Kedua, exosomes memiliki fosfolipid bilayers, yang dapat langsung menyatu dengan target sel membran plasma, sehingga meningkatkan internalisasi selular obat. Ketiga, exosomes berukuran kecil secara natural sehingga memungkinkan mereka untuk menghindari fagositosis oleh sistem fagosit mononuklear dan memfasilitasi  ekstravasasi mereka melalui pembuluh tumor dan selanjutnya berdifusi ke dalam jaringan tumor. Keuntungan dan kelebihan dari exosomes untuk aplikasi terapeutik kanker, membuat exosomes menjadi sangat ideal digunakan sebagai pembawa untuk menghantarkan obat yang terenkapsulasi, terutama agent kemoterapi [3].

Exosomes telah diusulkan sebagai kandidat vaksin untuk imunoterapi tumor. Exosomes yang di hasilkan dari multivesicular body mengandung protein selular tertentu yang dapat mengatur atau memodulasi aktivitas sel dendritik, yang kemudian dapat meningkatkan imunogenitas dan efikasi vaksin kanker berbasis exosomes. Penelitian ini menunjukkan bahwa penggabungan protein G virus stomatitis vesikular (VSV-G) ke dalam exosomes like vesikel (ELVs) dapat meningkatkan penyerapan mereka dan menginduksi pematangan sel dendritik. VSV-G sebagai target dan ovalbumin sebagai model antigen untuk ELVs yang sama meningkatkan cross-presentation ovalbumin melalui mekanisme pengasaman endosomal. Imunisasi tikus dengan VSV-G dan ovalbumin mengandung ELVs dapat menyebabkan peningkatan respon antibodi IgG2a, ekspansi sel T CD8 antigen spesifik, respon yang kuat dari CTL secara in vivo. Dengan demikian, penggabungan VSV-G dan pentargetkan antigen ke ELVs merupakan strategi yang menarik untuk meningkatkan efektivitas vaksin exosomes dalam imunoterapi tumor. Dengan demikian, penelitian ini berfungsi sebagai bukti konsep untuk menggunakan VSV-G dalam meningkatkan imunogenisitas vaksin exosomal. Pada  saat yang sama, penelitian ini memberikan pendekatan yang lebih umum untuk tethering antigen non-exosomal untuk exosomes dengan menggabungkan antigen ke trans membran dan domain intra sitoplasmik dari VSV-G [2].

Penghantaran  obat tertarget dengan imunogenisitas dan toksisitas yang rendah dibutuhkan untuk terapi kanker. Pada penelitian ini menunjukkan bahwa exosomes, merupakan membrane vesikel endogen berukuran nano yang disekresikan oleh sebagian besar jenis sel yang dapat menghantarkan agent kemoterapi seperti doxorubicin (Dox) ke jaringan tumor pada BALB/c tikus. Untuk mengurangi imunogenisitas dan toksisitas, sel dendritik tikus yang belum matang (imDCs) digunakan untuk produksi exosomes. Pentargetan tumor difasilitasi oleh rekayasa imDCs untuk mengekspresikan penggabungan protein membrane exosomes (Lamp2b) yang dikarakterisasi dengan peptida iRGD spesifik integrin αv (CRGDKGPDC). Exosomes di purifikasi dari imDCs yang memuat Dox melalui elektroporasi, dengan efisiensi enkapsulasi hingga 20 %. Exosomes iRGD menunjukkan pentargetan yang sangat efisien dan penghantaran Doxorubicin ke sel kanker payudara positif integrin αv secara in vitro yang ditunjukkan oleh imaging confocal dan aliran cytometry. Injeksi secara intravena penghantaran exosomes Doxorubicin yang ditargetkan ke jaringan tumor, menyebabkan  penghambatan pertumbuhan tumor tanpa toksisitas yang berlebih. Hasil penelitian menunjukkan bahwa exosomes yang dimodifikasi dengan ligand target dapat digunakan sebagai terapi untuk penghantaran Doxorubicin untuk tumor sehingga memiliki nilai potensi besar untuk aplikasi klinis [3].

MicroRNAs (miRNAs) telah digunakan sebagai agen antikanker yang potensial, tetapi aplikasi klinis mereka terbatas oleh kurangnya sistem penghantaran yang efektif untuk tumor. Exosomes adalah vesikel kecil yang berperan penting  dalam komunikasi antar sel. Pada penelitian ini menunjukkan bahwa sintetis miR-143 dimasukkan ke dalam sel yang dilepaskan dalam keadaan terenkapsulasi dalam exosomes dan miR-143 dalam bentuk exosomes ditransfer ke dalam sel osteosarcoma (tumor tulang). Penghantaran miR-143 dalam bentuk exosomes secara signifikan mengurangi migrasi sel osteosarcoma. Efisiensi penghantaran miR-143 dalam bentuk exosomes lebih kecil dibandingkan dengan penghantaran yang dicapai dalam bentuk lipofection, tetapi potensi migrasi sel osteosarcoma menunjukkan penghambatan yang sama dari kedua strategi tersebut.  Hasil penelitian menunjukkan bahwa exosomes dapat menghantarkan miR-143 sintetik dan berpotensi secara efisien jika digunakan sebagai sistem penghantaran fungsional. Meskipun aplikasi terapeutik miRNAs dalam bentuk exosomes membutuhkan pengujian in vivo lebih lanjut,  namun miRNAs dalam bentuk exosomes memiliki potensi tinggi sebagai penghantaran miRNAs dalam terapi suplement miRNA untuk  berbagai penyakit, termasuk kanker seperti osteosarcoma [1].

Microvesicles derivate sel (MV) juga telah di gunakan sebagai pembawa  yang efisien untuk penghantaran small RNAs ke dalam sel target. Dalam penelitian ini, telah di karakterisasi efek penghambatan siRNA TGF-β1 yang dihantarkan melalui MVs (L929 MVs)  derivate sel fibroblast L929 tikus terhadap pertumbuhan dan metastasis dari murinesel sarkoma 180 baik secara in vitro dan in vivo. Telah ditemukan bahwa, jika dibandingkan pada konsentrasi yang sama dari siRNA TGF-β1 bebas, dilihat bahwa siRNA TGF-β1 yang dihantarkan oleh MVs L929 jauh lebih efisien menurunkan tingkat TGF-β1 dalam sel-sel tumor. Secara fungsional, MVs yang mengandung siRNA TGF-β1 secara signifikan menurunkan jumlah dan migrasi sel sarkoma 180 dan meningkatkan apoptosis dari sel tumor. Co-immunoprecipitation dengan Argonaute 2 (AGO2) melalui antibodi anti-AGO2 menunjukkan bahwa mayoritas siRNA TGF-β1 dalam MVs digabungkan dengan kompleks AGO2. Implantasi tumor menggunakan model tikus lebih lanjut menunjukkan bahwa injeksi intravena MVs yang mengandung siRNA TGF-β1 sangat menekan ekspresi TGF-β dan signal TGF-β1 dalam implant sel-sel tumor dan dengan demikian dapat menghambat pertumbuhan dan metastasis sel tumor paru-paru. Sebagai kesimpulan, hasil penelitian menunjukkan bahwa secara keseluruhan terapi penghantaran siRNA TGF-β1 oleh MVs derivate sel memberikan strategi yang efektif untuk mengendalikan pertumbuhan dan metastasis sel  tumor [4].

Pada kenyatannya, terapi menggunakan mikrovesikel untuk menghantarkan siRNAs atau miRNAs memiliki keuntungan yang lebih banyak di bandingkan dengan menggunakan treatment tradisional  seperti liposome, virus dan nanopartikel untuk menghantarkan siRNAs atau miRNAs. Keuntungan utama dari penggunaan mikrovesikel adalah mikrovesikel merupakan derivate sel endogen, sehingga dapat mengurangi toksisitas dan memiliki potensi yang lebih baik untuk tahan terhadap sistem imun ketika diberikan sebagai penghantaran agen [4].

Untuk aplikasi klinis terapi berbasis exosomes,  pembuatan dalam skala yang besar dan karakterisasi secara menyeluruh dari exosomes merupakan hal yang menantang bagi peneliti. Meskipun Lamparski et al telah menjelaskan  metode untuk pembuatan dan karakterisasi exosomes untuk penggunaan klinis yang berasal dari sel dendritik, namun proses tersebut membutuhkan usaha yang lebih besar dan intensif  serta tetap sulit untuk menghasilkan jumlah exosomes yang diperlukan untuk penggunaan klinis. Untuk pengembangan kedepannya, dimungkinkan untuk menghasilkan exosomes sintetis dalam jumlah yang lebih besar untuk memenuhi kebutuhan klinis dan fungsi yang sama dan diperoleh dari sistem biologi. Dengan demikian, perbaikan teknologi akan meningkatkan produksi exosomes yang dapat menjamin pengembangan klinis dalam penggunaan exosomes lebih lanjut [3].

Untuk pengembangan ke depan akan di teliti tentang tethering antigen non-exosomal untuk exosomes dengan menggabungkan antigen ke trans membran dan domain intra sitoplasmik dari VSV-G. Ini bisa menawarkan sejumlah keunggulan dibandingkan strategi yang ada saat ini,  vaksin berbasis exosomes telah diuji terutama di bidang kanker dengan mentargetkan antigen tumor selektif untuk exosomes setelah imunisasi berbasis gen. Strategi tersebut juga dapat dimanfaatkan untuk pengembangan vaksin terhadap parasit intraseluler dan virus yang berbasis exosomes [2].

DAFTAR PUSTAKA

1.    Shimbo, k., Miyaki, s., Ishitobi, H., Kato, y., Kubo, t., Shimose, s., Ochi, m., 2014. Exosomes-formed synthetic microRNA-143 is transferred to osteosarcoma cells and inhibits their migration. Biochemical and Biophysical Research Communications. Vol.  445, p. 381–387

2.    Temchura, V, V., Tenbusch, M., Nchinda1, G., Nabi, G., Tippler, B., Zelenyuk, M., Wildner, O., berla, K, U., Kuate, S., 2008.  Enhancement of immunostimulatory properties of exosomal vaccines by incorporation of fusion-competent G protein of vesicular stomatitis virus.  Vaccine. Vol 26, p. 3662–3672

3.    Tian, Y., Li, S., Song, J., Ji, T., Zhu, M., Anderson, G, J., Wei, J., Nie, G., 2014. A doxorubicin delivery platform using engineered natural membrane vesicle exosomes for targeted tumor therapy. Biomaterials . Vol 35, p. 2383-2390

4.    Zhang, Y., Li, l., Yu, J., Zhu, D., Zhang, Y., Li, X., Gu, H., Zhang, C, Y., Zen, K., 2014.  Microvesicle-mediated delivery of transforming growth factor b1 siRNA for the suppression of tumor growth in mice. Biomaterials. Vol 35, p. 4390-4400

5.    Ludwig, A, K., Giebel, B., 2012. Organelles in focus Exosomes: Small vesicles participating in intercellular communication. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology. Vol. 44, p. 11– 15