Sepsis is a complex condition characterized by paradoxical host immune responses to infection. The heterogeneous pathophysiology of sepsis, involving dysregulated systemic inflammatory response and multiple organ failure, has required the development of new breakthroughs in therapeutics. Exosomes are extracellular vesicles that are secreted by almost all cells and play an active role in intercellular communication by transferring a variety of cellular materials, such as proteins and nucleic acids, to recipient cells. With their ability to deliver various cargoes and cross biological barriers, exosomes offer great potential as a natural therapeutic drug delivery vehicle. The inflammatory responses in various disease models can be attenuated through introduction of super-repressor IκB (srIκB), which is the dominant active form of IκBα and can inhibit translocation of nuclear factor kappa-B (NF-κB) into the nucleus, even in the presence of pro-inflammatory stimulation. An optogenetically engineered exosome system (EXPLOR) was applied for loading a large amount of srIκB into exosomes in stably transfected cells. I showed that intraperitoneal injection of purified srIκB-loaded exosomes (Exo-srIκBs) attenuates mortality, organ damage and systemic inflammation in septic mouse models. In a biodistribution study using exosomes labeled with fluorescence dye, Exo-srIκBs were mainly observed in the neutrophils, and in monocytes to a lesser extent, in the spleens and livers of mice. Moreover, I found that Exo-srIκB alleviates inflammatory responses in monocytic THP-1 cells and human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) in response to lipopolysaccharide (LPS) or tumor necrosis factor (TNF)-α. These results suggest that Exo-srIκB can protect against systemic inflammation and sepsis-induced death by inhibiting NF-κB activation.
패혈증은 감염에 대한 비정상적인 숙주의 면역 반응이 나타나는 상태로 정의된다. 패혈증에 의해 유도되는 복합적인 면역 반응과 장기 기능 장애를 해결하기 위해서는 신개념 약물 치료제의 개발이 요구되고 있다. 엑소좀은 대부분의 세포들이 분출하는 세포외 소포로써, 세포 간의 단백질과 핵산 등의 세포 물질 전달을 통한 세포 간의 소통을 주관한다. 엑소좀은 다양한 물질들을 전달할 수 있으며 생물 장벽을 넘을 수 있기에, 엑소좀을 활용하여 다양한 약물을 탑재하여 생체 내에 전달하는 약물 전달 방법이 주목받고 있다. 슈퍼리프레서 아이카파비는 염증 유발 신호가 존재하더라도 핵인자 카파비가 핵으로 이동하는 것을 지배적으로 억제할 수 있는 단백질로써, 염증을 유도하는 다양한 질병의 해결 방법으로 활용될 수 있다. 본 연구에서는 수용성 단백질들을 엑소좀 안에 광유전학적 기법으로 탑재하는 기술을 활용하여 슈퍼리프레서 아이카파비를 엑소좀 안에 다량을 탑재하였다. 이러한 엑소좀을 패혈증을 유도한 쥐에게 복강 내 주사로 투여한 결과 생존율이 늘며 염증 반응이 완화되는 것을 확인함으로써 패혈증 치료제로써의 활용 가능성을 확인하였다. 또한 엠클링 색소를 통해 엑소좀을 표시하여 패혈증에서 엑소좀의 생체 내 분포를 확인한 결과, 대부분의 엑소좀이 비장과 간에 있는 호중구와 단핵구에 전달되는 것을 확인하였다. 또한, 슈퍼리프레서 아이카파비를 탑재한 엑소좀을 지질다당류 혹은 티엔에프 알파로 염증 자극을 준 티에이치피-1 세포와 휴벡 세포에 처리하였을 때 염증 반응을 억제하는 것을 확인하였다. 본 연구를 통해 엑소좀 기반 슈퍼리프레서 아이카파비 전달 치료가 패혈증의 치료에 활용될 수 있는 가능성을 시사하였다.
