DOI: https://doi.org/10.2147/ijn.s569204
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41466802
تاريخ النشر: 2025-12-01
المؤلف: Tianhang Yang وآخرون
الموضوع الرئيسي: الحويصلات خارج الخلوية في الأمراض
نظرة عامة
يوفر هذا القسم نظرة عامة على الحويصلات النانوية الشبيهة بالإكسوسومات المشتقة من النباتات (PELNs)، والتي هي ناقلات نانوية ذات طبقة دهنية قادرة على تعديل الإجهاد التأكسدي من خلال حمولتها المتنوعة، بما في ذلك البروتينات، الدهون، الأحماض النووية، والمواد الكيميائية النباتية. تقدم PELNs مزايا على التدخلات التقليدية في الإجهاد التأكسدي من خلال تمكين التنظيم متعدد العوامل للأكسدة والاختزال ضمن غشاء واقي، مما يعزز التوافر الحيوي، ويحافظ على المكونات الحساسة، ويحسن امتصاص الخلايا مع تقليل السمية غير المستهدفة. إن انخفاض المناعية الذاتية، والاستقرار الفطري، والقدرة على تعديل السطح تسمح بالتحكم الانتقائي المستدام في توازن الأكسدة والاختزال، مما يجعلها متوافقة مع منصات المواد الحيوية مثل الهيدروجيل والهياكل الداعمة.
تجمع المراجعة بين التقدمات الحديثة في تكوين PELN، وتركيبها، وطرق العزل، مقارنةً بخصائصها البيولوجية والوظيفية مع تلك الخاصة بالإكسوسومات الثديية. تقدم ثنائية مضادات الأكسدة/المؤكسدات كإطار ميكانيكي وتناقش التطبيقات العلاجية في الاضطرابات المرتبطة بالإجهاد التأكسدي، بما في ذلك شفاء الجروح، وتصلب الشرايين، والتنكس العصبي، والسرطان. بالإضافة إلى ذلك، يتناول المؤلفون التحديات الانتقالية مثل زيادة حجم الإنتاج، والاستقرار، والتوزيع الحيوي، والسلامة الحيوية، مقترحين استراتيجيات عملية للتغلب على هذه العقبات. في النهاية، تهدف هذه المراجعة إلى ربط الرؤى الميكانيكية مع هندسة المواد ووجهات نظر التطبيق، مما يضع خارطة طريق للتطبيق السريري لـ PELNs كأدوات مبتكرة لعلاج الإجهاد التأكسدي بدقة.
مقدمة
تناقش المقدمة الإجهاد التأكسدي، الذي يتميز بالإنتاج المفرط للجذور الحرة للأكسجين (ROS) التي تتجاوز قدرة الجسم على إدارتها، مما يؤدي إلى تلف الخلايا وتقدم مختلف الأمراض. تسلط الضوء على دور الإجهاد التأكسدي في الأمراض القلبية الوعائية، والاضطرابات التنكسية العصبية مثل الزهايمر، والسرطان، مشيرة إلى زيادة كبيرة في انتشار هذه الحالات على مستوى العالم. إن الإدارة الفعالة للإجهاد التأكسدي أمر ضروري ويمكن الاقتراب منها من خلال استراتيجيات مضادات الأكسدة أو العلاجات المؤكسدة، على الرغم من أن الطرق الحالية تواجه تحديات مثل انخفاض التوافر الحيوي.
يقدم القسم الحويصلات النانوية الشبيهة بالإكسوسومات المشتقة من النباتات (PELNs) كطريق علاجي جديد لمعالجة الأمراض المرتبطة بالإجهاد التأكسدي. تقدم PELNs، التي يمكن أن تسهل التواصل بين الخلايا وتمتلك خصائص مضادة للأكسدة بسبب محتواها من المركبات النشطة بيولوجيًا، مزايا على الطرق التقليدية، بما في ذلك التوافق الحيوي الأعلى والسمية الأقل. تهدف المراجعة إلى استكشاف تكوين PELNs، وتركيبها، وطرق عزلها، وتطبيقاتها، والتحديات في الإعدادات السريرية، بينما تقارن أيضًا آليات عملها بتلك الخاصة بالإكسوسومات الثديية. تؤكد هذه الأبحاث على إمكانيات PELNs للعلاج الدقيق في إدارة الإجهاد التأكسدي.
نقاش
يناقش القسم تكوين PELNs، وتقنيات العزل، وآليات الأكسدة والاختزال للحبيبات النانوية الشبيهة بالإكسوسومات المشتقة من النباتات، مع التركيز على تطبيقاتها العلاجية المحتملة في الأمراض المرتبطة بالإجهاد التأكسدي. يتم إنتاج PELNs من خلال مسارات مشابهة للإكسوسومات الثديية، بشكل أساسي عبر مسار الجسم متعدد الحويصلات (MVB)، ولكن أيضًا من خلال آليات فريدة خاصة بالنباتات مثل العضية الإيجابية للإكسوسيت (EXPO) واندماج الفجوة المركزية مع غشاء البلازما. يتضمن تركيبها الدهون، والبروتينات، والـ RNAs الصغيرة، والكربوهيدرات، والمواد الأيضية، والتي تعزز مجتمعة قدرتها على تعديل استقلاب الخلايا المستقبلة واستجابات الإجهاد التأكسدي.
يتناول القسم أيضًا الدور المزدوج لـ PELNs في بيولوجيا الأكسدة والاختزال، حيث يمكن أن تعمل كمضادات أكسدة من خلال توصيل المركبات النشطة بيولوجيًا التي تنشط مسارات مضادات الأكسدة الخلوية، أو كمؤكسدات ترفع مستويات الجذور الحرة للأكسجين (ROS) في خلايا السرطان، مما يؤدي إلى موت الخلايا المبرمج. تشمل آليات العمل إزالة الجذور الحرة للأكسجين بشكل مباشر، وتعديل إنزيمات مضادات الأكسدة، وتنظيم التعبير الجيني من خلال الـ RNAs الصغيرة المحبوسة. يبرز النقاش الحاجة إلى مزيد من البحث لتوضيح الآليات الكامنة وراء تفاعلات PELN، وتحسين تقنيات العزل، واستكشاف إمكانياتها العلاجية عبر سياقات مختلفة، لا سيما في علم الأورام وإدارة الإجهاد التأكسدي.
DOI: https://doi.org/10.2147/ijn.s569204
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41466802
Publication Date: 2025-12-01
Author(s): Tianhang Yang et al.
Primary Topic: Extracellular vesicles in disease
Overview
This section provides an overview of plant-derived exosome-like nanovesicles (PELNs), which are lipid-bilayer nanocarriers with the ability to modulate oxidative stress through their diverse cargo, including proteins, lipids, nucleic acids, and phytochemicals. PELNs offer advantages over traditional oxidative-stress interventions by enabling multifactorial redox regulation within a protective membrane, enhancing bioavailability, preserving sensitive components, and improving cellular uptake while minimizing off-target toxicity. Their low immunogenicity, inherent stability, and potential for surface modification allow for tissue-selective and sustained control of redox balance, making them compatible with biomaterial platforms like hydrogels and scaffolds.
The review synthesizes recent advancements in PELN biogenesis, composition, and isolation methods, comparing their biological and functional characteristics to those of mammalian exosomes. It introduces an antioxidant/pro-oxidant dichotomy as a mechanistic framework and discusses therapeutic applications in oxidative stress-related disorders, including wound healing, atherosclerosis, neurodegeneration, and cancer. Additionally, the authors address translational challenges such as manufacturing scale-up, stability, biodistribution, and biosafety, proposing practical strategies to overcome these hurdles. Ultimately, this review aims to connect mechanistic insights with material engineering and application perspectives, establishing a roadmap for the clinical application of PELNs as innovative tools for precision oxidative-stress therapy.
Introduction
The introduction discusses oxidative stress, characterized by the excessive production of reactive oxygen species (ROS) that surpass the body’s ability to manage them, leading to cellular damage and the progression of various diseases. It highlights the role of oxidative stress in cardiovascular diseases, neurodegenerative disorders like Alzheimer’s, and cancer, noting a significant increase in the prevalence of these conditions globally. Effective management of oxidative stress is essential and can be approached through antioxidant strategies or pro-oxidant therapies, although existing methods face challenges such as low bioavailability.
The section introduces plant-derived exosome-like nanovesicles (PELNs) as a novel therapeutic avenue for addressing oxidative stress-related diseases. PELNs, which can facilitate intercellular communication and possess antioxidant properties due to their content of bioactive compounds, offer advantages over traditional methods, including higher biocompatibility and lower toxicity. The review aims to explore the biogenesis, composition, and isolation of PELNs, their applications, and challenges in clinical settings, while also comparing their mechanisms of action to those of mammalian exosomes. This research underscores the potential of PELNs for precision therapy in managing oxidative stress.
Discussion
The section discusses the biogenesis, composition, isolation techniques, and redox mechanisms of plant-derived exosome-like nanoparticles (PELNs), emphasizing their potential therapeutic applications in oxidative stress-related diseases. PELNs are generated through pathways similar to mammalian exosomes, primarily via the multivesicular body (MVB) route, but also through unique plant-specific mechanisms such as the exocyst-positive organelle (EXPO) and central vacuole fusion with the plasma membrane. Their composition includes lipids, proteins, small RNAs, carbohydrates, and metabolites, which collectively enhance their ability to modulate recipient cell metabolism and oxidative stress responses.
The section further elaborates on the dual role of PELNs in redox biology, where they can function as antioxidants by delivering bioactive compounds that activate cellular antioxidant pathways, or as pro-oxidants that elevate reactive oxygen species (ROS) levels in cancer cells, leading to apoptosis. The mechanisms of action include direct ROS scavenging, modulation of antioxidant enzymes, and regulation of gene expression through encapsulated small RNAs. The discussion highlights the need for further research to clarify the mechanisms underlying PELN interactions, optimize isolation techniques, and explore their therapeutic potential across various contexts, particularly in oncology and oxidative stress management.