Exosomen sind kleine, membranumschlossene Vesikel mit einer Größe von etwa 30 bis 150 Nanometern, die von nahezu allen Zelltypen in die extrazelluläre Umgebung freigesetzt werden. Sie spielen eine bedeutende Rolle in der interzellulären Kommunikation, indem sie eine Vielzahl biologischer Moleküle wie Proteine, Lipide, RNA und DNA zwischen Zellen transportieren. Exosomen entstehen durch ein komplexes intrazelluläres Prozessing, das sie von anderen vesikulären Strukturen wie Mikrovesikeln oder apoptotischen Körperchen unterscheidet. Aufgrund ihrer zentralen Bedeutung in physiologischen und pathologischen Prozessen haben sie in den letzten Jahren erhebliches wissenschaftliches Interesse geweckt.

Die Biogenese von Exosomen beginnt in Endosomen, einer Art intrazellulärer Vesikel, die bei der Aufnahme von Molekülen aus der Zellumgebung gebildet werden. Innerhalb dieser Endosomen entstehen durch Einstülpungen der Endosomenmembran sogenannte multivesikuläre Körper (MVBs), die zahlreiche kleine intraluminale Vesikel enthalten. Wenn diese MVBs mit der Plasmamembran fusionieren, werden die enthaltenen Vesikel als Exosomen in den extrazellulären Raum freigesetzt. Dieser Vorgang wird durch komplexe molekulare Maschinerien reguliert, darunter das Endosomal Sorting Complex Required for Transport (ESCRT)-System und ESCRT-unabhängige Mechanismen, die durch Lipid-Rafts vermittelt werden.

Der molekulare Inhalt von Exosomen ist spezifisch und reflektiert den Zelltyp, aus dem sie stammen, sowie den physiologischen Zustand dieser Zelle. Sie enthalten eine Vielzahl von Molekülen, darunter Proteine wie Tetraspanine (z. B. CD9, CD63, CD81), Hitzeschockproteine, Enzyme und Zytokine. Zusätzlich transportieren sie nukleinsäurehaltige Moleküle wie mRNA, microRNA (miRNA) und in manchen Fällen auch DNA. Diese Moleküle können von Zielzellen aufgenommen werden, wodurch Exosomen als Träger biologischer Signale fungieren und vielfältige Auswirkungen auf die Empfängerzellen haben.

In der Physiologie erfüllen Exosomen wichtige Funktionen. Sie tragen zur Immunantwort bei, indem sie Antigen-präsentierende Moleküle an Immunzellen weitergeben, oder sie regulieren Prozesse wie Geweberegeneration, Angiogenese und die Homöostase. Ein bemerkenswertes Beispiel ist die Rolle von Exosomen im Nervensystem, wo sie neuronale Signale beeinflussen und zur Plastizität von Synapsen beitragen können. Im Tumorkontext sind Exosomen jedoch auch mit pathologischen Prozessen assoziiert. Tumorzellen setzen Exosomen frei, die das Tumorwachstum fördern, die Metastasierung unterstützen und die Immunantwort des Körpers unterdrücken können. Darüber hinaus spielen sie eine Rolle in der Progression von neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer, indem sie toxische Proteine wie Beta-Amyloid transportieren.

Die medizinische Forschung untersucht Exosomen intensiv als potenzielle Biomarker für Krankheiten und als therapeutische Werkzeuge. Da sie krankheitsspezifische Moleküle transportieren, können sie für die nicht-invasive Diagnostik genutzt werden, insbesondere durch ihre Analyse in Körperflüssigkeiten wie Blut, Urin oder Speichel. Darüber hinaus sind Exosomen aufgrund ihrer natürlichen Fähigkeit, Moleküle zu transportieren, vielversprechend für die gezielte Medikamentenabgabe. In präklinischen Studien werden sie bereits als Vehikel für therapeutische RNA, Proteine oder chemische Substanzen getestet.

Die Erforschung von Exosomen hat unser Verständnis von Zellkommunikation revolutioniert und birgt enormes Potenzial für die Medizin der Zukunft. Sie fungieren als Brücke zwischen Zellen, die biologische Informationen übermitteln und sowohl gesundheitsfördernde als auch krankheitsfördernde Prozesse beeinflussen können. Ihr Studium bietet tiefe Einblicke in die molekularen Mechanismen der Zellbiologie und zeigt neue Wege für Diagnose und Therapie schwerer Erkrankungen auf.