Internship Reports and Monograph Entitled"Bioengineered and bioinspired extracellular vesicles for cancer"

Abstract

The global prevalence of cancer has led to the implementation of diverse therapeutic approaches; however, the existing methods often face limitations in terms of effectiveness and safety. Nanotechnology has paved the way for nanosystems designed to deliver drugs, overcoming challenges such as low drug stability and solubility, and the lack of tumor targetability. Although nanomaterials possess advantageous characteristics, some nanoparticles exhibit limitations, prompting the exploration of novel drug delivery systems (DDSs). Extracellular vesicles (EVs), natural nanoparticles secreted by cells, offer promising features as drug carriers due to their biocompatibility, stability, and targeting capabilities. However, challenges persist, including limited production yield, complexity, inefficient cargo loading, and controlled release. Researchers have been making use of engineering techniques to modify EV structures, enhancing their intrinsic properties. Surface modification and hybrid systems combining EVs with other structures have shown the potential to overcome these challenges. Additionally, physical-origin nanovesicles and fully artificial EV-like nanoparticles have emerged as EV mimetics, overcoming some obstacles associated with conventional EVs. This review provides a comprehensive overview of EVs, engineering methods, and their relevance in cancer therapeutics and diagnosis, highlighting advancements in optimizing DDSs through nanotechnology, where EVs have been clearly emphasized.

A prevalência do cancro, a nível global, tem levado à implementação de diversas abordagens terapêuticas, contudo, os métodos existentes enfrentam frequentemente várias limitações em termos de eficácia e segurança. A nanotecnologia, por intermédio do desenvolvimento de nanossistemas concebidos para a administração de fármacos, permite superar desafios inerentes ao desenvolvimento de novos medicamentos, como a baixa estabilidade e a baixa solubilidade dos fármacos, e a falta de direcionamento tumoral. Apesar das características vantajosas oferecidas, o uso de nanossistemas apresenta alguns inconvenientes, o que tem motivado a investigação de novos sistemas de administração de fármacos (DDSs). As vesículas extracelulares (EVs), nanopartículas naturais segregadas pelas células, apresentam potencial como DDSs devido às suas características vantajosas de biocompatibilidade, estabilidade, e capacidade de direcionamento. Contudo, estas ainda estão associadas a determinadas limitações, incluindo um rendimento de produção limitado, a complexidade da sua estrutura, a capacidade insuficiente de carga, e a ausência da promoção de perfis de libertação controlados. Por conseguinte, os investigadores têm recorrido a técnicas de engenharia para modificar as estruturas das EVs, com o objetivo de melhorar as suas propriedades intrínsecas. A modificação da superfície, a possível incorporação de carga terapêutica, bem como o surgimento de sistemas híbridos capazes de combinar EVs com outras estruturas, têm evidenciado potencial para ultrapassar estes inconvenientes. Além disso, o desenvolvimento de nanovesículas de origem física, bem como de nanopartículas totalmente artificiais semelhantes a EVs, surgiram como sistemas miméticos de EVs e têm demonstrado propriedades inovadoras face às EVs convencionais. Esta revisão fornece uma visão global das EVs desenvolvidas para o diagnóstico e a terapêutica do cancro, dos métodos de engenharia usados, e da sua relevância e vantagens nesta área biomédica. São destacados os avanços científicos atuais respeitantes à otimização dos DDSs através da nanotecnologia, onde as EVs se têm manifestamente destacado.