Introduction
植物来源细胞外囊泡（PDEVs）是植物细胞分泌的纳米级膜囊泡，直径通常在50-1000纳米之间， 由脂质双层膜包裹，富含蛋白质、核酸（如小RNA）、脂质及植物特异性代谢物等生物活性物质。在透射电镜下呈碟形结构，具有多种药理活性，例如生姜PDEVs可抗炎、改善2型糖尿病代谢紊乱，马齿苋PDEVs能缓解溃疡性结肠炎，葛根PDEVs可促进骨再生等。因其低免疫原性、高生物相容性，在靶向给药和疾病治疗中潜力巨大。 然而，药食同源植物来源PDEVs的研究与应用尚处于初期阶段，面临核心瓶颈：生产过程质量控制不足，批次差异显著。传统分离方法（如组织榨汁、从细胞外液提取）易受环境波动和操作差异影响，导致PDEVs理化性质和生物活性不稳定。在此背景下，间歇浸没式生物反应器系统（Temporary Immersion Bioreactor System，TIBS）以其精准可控的培养模式，为PDEVs的标准化生产提供了革命性解决方案。
遵义医科大学/南京工业大学舒福兴等将从理论基础、技术优势、研究范式三个方面，阐述TIBS为何是实现药食同源植物PDEVs高质量控制的优秀策略。
Results and Discussion
1. 理论基础：从传统困境到技术突破
植物来源细胞外囊泡（PDEVs）的质量控制难题源于传统生产模式的固有缺陷。长期以来，研究人员依赖野生采集原料，通过组织榨汁、酶解或收集植物损伤后渗出液等方式获取PDEVs，这种方式导致PDEVs质量可控性差，主要体现在两方面：一是野生植物代谢易受光照、温度、微生物等环境因素影响，使PDEVs成分波动大，疗效难以预测；二是组织研磨破坏细胞结构，产生大量与PDEVs大小、功能差异显著的人工囊泡。TIBS的出现打破了这一困境。其理论基础是通过整合植物组织培养技术与气升式液压工程，模拟植物生理需求，在可控环境下实现标准化生产。该系统通过编程精准调控培养参数（如6小时浸没通气周期、25±1℃恒温、14小时光照/10小时黑暗光周期），为植物提供稳定生长条件，可从培养基中持续收集高质量、可控的PDEVs，大幅降低外部环境对其的影响。 从技术演进来看，TIBS整合了现代生物技术与工程学的优势。相较于动物细胞培养的标准化体系，PDEVs生产长期缺乏类似可控平台，而TIBS填补了这一空白。其无菌培养环境避免了微生物污染导致的囊泡降解，临时浸没模式有效平衡了营养吸收与气体交换，促进植物细胞稳定分泌囊泡。该系统已成功应用于铁皮石斛、金线莲、生姜、山药、黄精等多种药食同源植物，体现了其普适性。
2. 技术优势：质量、效率与可持续性的三重突破
TIBS在PDEVs生产中优势显著，主要体现在质量、效率、可持续性三大关键领域，共同构成保障高质量控制的技术体系。
2.1 质量控制的全面升级
传统方法生产的PDEVs存在“三重异质性”——粒径分布宽、活性成分波动大、功能不一致。而TIBS通过稳定培养条件，显著降低了这种异质性，确保囊泡在储存和递送过程中的结构完整性。代谢层面的一致性更为突出，TIBS制备的PDEVs中主要代谢物（如亚油酸、α-亚麻酸）在不同样品中含量高度一致。这种可靠性为PDEVs功能研究提供了稳定材料，保障了疗效评价的可重复性，为药食同源植物PDEVs的质量控制奠定了坚实基础。
2.2 生产效率与成本效益的优化
传统PDEVs制备方法面临两大效率难题：破坏性采集（如整株榨汁）导致材料浪费、产量低。间歇浸没式生物反应器系统通过非破坏性培养解决了这一问题，植物可在系统中持续培养，通过定期更换培养基收集PDEVs，总产率较传统方法显著提高。 成本方面，TIBS的模块化设计非常适合规模化生产。植物培养无需添加血清等昂贵成分，能耗仅为传统植物组织固体培养方法的60%。对于资源匮乏地区，这种低成本、高产量模式使PDEVs的广泛应用成为可能。
2.3 可持续性与多物种适用性
TIBS的可持续性体现在两方面：一是植物材料可循环利用，减少对自然资源的依赖；二是培养过程无有害废弃物排放，符合绿色生产理念。这一特点在珍稀药用植物的保护与利用中尤为重要，既能满足PDEVs生产需求，又避免了野生资源的过度开采。 此外，TIBS适应性强，已成功应用于甘草、金线莲等多种药食同源植物的PDEVs制备，表明其可作为标准化生产的通用平台，为跨物种比较研究和多元化应用奠定基础。
3. 研究范式：从实验室到产业的转化路径
要充分发挥TIBS的潜力，需建立涵盖“基础研究、技术标准化、应用转化”的完整研究范式。借鉴中药现代化的成功经验，可推动PDEVs的产业化进程。
3.1 基础研究：解析囊泡调控机制
TIBS为研究PDEVs的生物合成提供了高度可控的模型。未来研究应聚焦三个方向：一是深入探索培养参数（如培养基成分、浸没频率）如何调控囊泡分泌，例如利用转录组学分析TIBS培养的药食同源植物中PDEV相关基因（如Rab GTP酶家族成员）的表达模式；二是阐明不同来源PDEVs的代谢物差异对其特定功能的意义；三是建立囊泡“结构-功能”关联模型，如通过冷冻电镜揭示TIBS控制下制备的PDEVs膜蛋白组成与其靶向递送效率的关系。
3.2 技术标准化
将研究转化为应用，需建立标准化质量控制体系，涵盖“培养-分离-表征”全过程。首先，制定培养标准，明确不同药食同源植物的最优TIBS参数（如MS培养基配方、浸没周期）；其次，建立与TIBS系统兼容的分离纯化标准，目前适用于原料加工的标准化超高速离心（100,000×g离心70分钟）也可用于TIBS培养基中的PDEVs，且从TIBS培养基提取更便捷，可进一步简化分离标准；最后，制定TIBS产品的表征标准，规定粒径分布、zeta电位、标志蛋白（如flotillin）等必检指标，且需与国际规范（如ISO/TS 21418）接轨，推动植物外泌体作为生物制药载体的国际认可。
3.3 应用转化与政策支持
TIBS生产的PDEVs可优先应用于两大领域：一是作为天然药物递送系统，负载化疗药物靶向肿瘤组织；二是开发为免疫调节剂，利用其丰富的多糖成分增强抗肿瘤免疫力。 临床转化应分步骤推进：先通过小规模临床试验验证安全性，再开展多中心、大样本研究评估疗效。政策层面需建立“分类监管”机制：作为食品补充剂的囊泡产品可简化审批流程，药用囊泡则必须严格遵循生物制品标准。此外，应鼓励产学研紧密合作，设立专项基金支持TIBS设备升级和工艺优化，加速技术产业化。
Conclusion
总之，TIBS通过精准控制植物生长环境，从根本上解决了植物外囊泡生产中的质量波动问题。其在产品稳定性、生产效率、环境可持续性方面的显著优势，使其成为该领域的革命性技术。理论上，TIBS为植物外泌体的标准化生产奠定了科学基础；实践中，为多物种囊泡的产业化提供了清晰可行的路径。未来，随着基础研究的深入和标准体系的完善，TIBS有望引领植物外囊泡从实验室研究走向临床应用，为生物医药领域开辟新视野。
作者简介
第一作者简介
舒福兴，男，中共党员，遵义医科大学工作。工学博士，贵州省遗传学会副秘书长。主要研究方向：1.植物外泌体的生物反应器工程化制备。2.植物外泌体抗肿瘤、美白、伤口愈合等应用研究。近年来，主持和参与国家自然基金、省级、厅级、横向项目十余项。申请发明专利13项，在《Physiologia plantarum》、《CNS neuroscience & therapeutics》、《Food＆Medicine Homology》等杂志上发表论文14篇，担任Food＆Medicine Homology杂志、《贵州农业科学》等杂志的青年编委。
杨宁线，女，中共党员,就职于贵州医科大学。理学博士、教授，硕士生导师，执业中药师，国家高级级技术经理人，贵州省贵医膳源科技有限责任公司董事长、总经理，为贵州省科技专家库专家，贵州省科技特派员，贵阳市科技专家库专家。担任中国中医药信息学会分会理事、中国营养学会会员，中国康复医学会中药学与康复专业委员会等协会委员。主要研究方向：1. 特色食药资源靶向慢病干预功能开发及转化应用；2. 机器学习驱动的抗菌肽理性设计及应用；3.生物反应器与植物外泌体应用；近年来，主持和参与国家自然科学基金项目、贵州省科技厅等项目十余项。申请国家发明专利7项，在《Carbohydrate Polymers》、《Food Hydrocolloids》等杂志发表论文20余篇，担任eFood杂志、Food Materials Research、Food＆Medicine Homology等杂志编委/青年编委，副主编或参编教材3部，联合培养研究生6名。
通讯作者简介
陈集双，男，教授，国家863重点项目负责人、中国生物资源学科主要创始人和江苏省重大科技创新平台负责人，南京工业大学教授、博士生导师。毕业于浙江大学获生态学博士，曾任浙江大学教授、浙江理工大学生物工程学科带头人、浙江省生物物种资源保护专家组组长。现任中国生物工程学会生物资源专业委员会主任、南京工业大学生物资源协同创新中心主任、生物资源工程研究所所长、中国柿子产业技术协同创新共同体理事长、国际生物资源学会秘书长。主持完成国家“863”重点项目、科技部国际合作重点项目、国家自然科学基金和省部重点（重大）科研项目等20余项；主编出版《生物资源汇论》、《生物资源学导论》、《Experimental Plant Virology》、《半夏生物资源与细胞工程》、《入侵有害生物控制》等专著和教材10余部。
原文网址：https://doi.org/10.26599/FMH.2025.9420123