Extracellular vesicles (EVs) are membraneous vesicles released by a variety of cells into their microenvironment. Recent studies have elucidated the role of EVs in intercellular communication, pathogenesis, drug, vaccine and gene-vector delivery, and as possible reservoirs of biomarkers. These findings have generated immense interest, along with an exponential increase in molecular data pertaining to EVs. Here, we describe Vesiclepedia, a manually curated compendium of molecular data (lipid, RNA, and protein) identified in different classes of EVs from more than 300 independent studies published over the past several years. Even though databases are indispensable resources for the scientific community, recent studies have shown that more than 50% of the databases are not regularly updated. In addition, more than 20% of the database links are inactive. To prevent such database and link decay, we have initiated a continuous community annotation project with the active involvement of EV researchers. The EV research community can set a gold standard in data sharing with Vesiclepedia, which could evolve as a primary resource for the field.

Potent sequence selective gene inhibition by siRNA ‘targeted’ therapeutics promises the ultimate level of specificity, but siRNA therapeutics is hindered by poor intracellular uptake, limited blood stability and non-specific immune stimulation. To address these problems, ligand-targeted, sterically stabilized nanoparticles have been adapted for siRNA. Self-assembling nanoparticles with siRNA were constructed with polyethyleneimine (PEI) that is PEGylated with an Arg-Gly-Asp (RGD) peptide ligand attached at the distal end of the polyethylene glycol (PEG), as a means to target tumor neovasculature expressing integrins and used to deliver siRNA inhibiting vascular endothelial growth factor receptor-2 (VEGF R2) expression and thereby tumor angiogenesis. Cell delivery and activity of PEGylated PEI was found to be siRNA sequence specific and depend on the presence of peptide ligand and could be competed by free peptide. Intravenous administration into tumor-bearing mice gave selective tumor uptake, siRNA sequence-specific inhibition of protein expression within the tumor and inhibition of both tumor angiogenesis and growth rate. The results suggest achievement of two levels of targeting: tumor tissue selective delivery via the nanoparticle ligand and gene pathway selectivity via the siRNA oligonucleotide. This opens the door for better targeted therapeutics with both tissue and gene selectivity, also to improve targeted therapies with less than ideal therapeutic targets.

Most cancer cells release heterogeneous populations of extracellular vesicles (EVs) containing proteins, lipids, and nucleic acids. In vitro experiments showed that EV uptake can lead to transfer of functional mRNA and altered cellular behavior. However, similar in vivo experiments remain challenging because cells that take up EVs cannot be discriminated from non-EV-receiving cells. Here, we used the Cre-LoxP system to directly identify tumor cells that take up EVs in vivo. We show that EVs released by malignant tumor cells are taken up by less malignant tumor cells located within the same and within distant tumors and that these EVs carry mRNAs involved in migration and metastasis. By intravital imaging, we show that the less malignant tumor cells that take up EVs display enhanced migratory behavior and metastatic capacity. We postulate that tumor cells locally and systemically share molecules carried by EVs in vivo and that this affects cellular behavior.

The release of RNA-containing extracellular vesicles (EV) into the extracellular milieu has been demonstrated in a multitude of different in vitro cell systems and in a variety of body fluids. RNA-containing EV are in the limelight for their capacity to communicate genetically encoded messages to other cells, their suitability as candidate biomarkers for diseases, and their use as therapeutic agents. Although EV-RNA has attracted enormous interest from basic researchers, clinicians, and industry, we currently have limited knowledge on which mechanisms drive and regulate RNA incorporation into EV and on how RNA-encoded messages affect signalling processes in EV-targeted cells. Moreover, EV-RNA research faces various technical challenges, such as standardisation of EV isolation methods, optimisation of methodologies to isolate and characterise minute quantities of RNA found in EV, and development of approaches to demonstrate functional transfer of EV-RNA in vivo. These topics were discussed at the 2015 EV-RNA workshop of the International Society for Extracellular Vesicles. This position paper was written by the participants of the workshop not only to give an overview of the current state of knowledge in the field, but also to clarify that our incomplete knowledge - of the nature of EV(-RNA)s and of how to effectively and reliably study them - currently prohibits the implementation of gold standards in EV-RNA research. In addition, this paper creates awareness of possibilities and limitations of currently used strategies to investigate EV-RNA and calls for caution in interpretation of the obtained data.

Background The healthy vascular endothelium, which forms the barrier between blood and the surrounding tissues, is known to efficiently respond to stress signals like hypoxia and inflammation by adaptation of cellular physiology and the secretion of (soluble) growth factors and cytokines. Exosomes are potent mediators of intercellular communication. Their content consists of RNA and proteins from the cell of origin, and thus depends on the condition of these cells at the time of exosome biogenesis. It has been suggested that exosomes protect their target cells from cellular stress through the transfer of RNA and proteins. We hypothesized that endothelium‐derived exosomes are involved in the endothelial response to cellular stress, and that exosome RNA and protein content reflect the effects of cellular stress induced by hypoxia, inflammation or hyperglycemia. Methods We exposed cultured endothelial cells to different types of cellular stress (hypoxia, TNF‐α‐induced activation, high glucose and mannose concentrations) and compared mRNA and protein content of exosomes produced by these cells by microarray analysis and a quantitative proteomics approach. Results We identified 1,354 proteins and 1,992 mRNAs in endothelial cell‐derived exosomes. Several proteins and mRNAs showed altered abundances after exposure of their producing cells to cellular stress, which were confirmed by immunoblot or qPCR analysis. Conclusion Our data show that hypoxia and endothelial activation are reflected in RNA and protein exosome composition, and that exposure to high sugar concentrations alters exosome protein composition only to a minor extend, and does not affect exosome RNA composition.

Extracellular vesicles (EVs) are specialised endogenous carriers of proteins and nucleic acids and are involved in intercellular communication. EVs are therefore proposed as candidate drug delivery systems for the delivery of nucleic acids and other macromolecules. However, the preparation of EV-based drug delivery systems is hampered by the lack of techniques to load the vesicles with nucleic acids. In this work we have now characterised in detail the use of an electroporation method for this purpose. When EVs were electroporated with fluorescently labelled siRNA, siRNA retention was comparable with previously published results (20–25% based on fluorescence spectroscopy and fluorescence fluctuation spectroscopy), and electroporation with unlabelled siRNA resulted in significant siRNA retention in the EV pellet as measured by RT-PCR. Remarkably, when siRNA was electroporated in the absence of EVs, a similar or even greater siRNA retention was measured. Nanoparticle tracking analysis and confocal microscopy showed extensive formation of insoluble siRNA aggregates after electroporation, which could be dramatically reduced by addition of EDTA. Other strategies to reduce aggregate formation, including the use of cuvettes with conductive polymer electrodes and the use of an acidic citrate electroporation buffer, resulted in a more efficient reduction of siRNA precipitation than EDTA. However, under these conditions, siRNA retention was below 0.05% and no significant differences in siRNA retention could be measured between samples electroporated in the presence or absence of EVs. Our results show that electroporation of EVs with siRNA is accompanied by extensive siRNA aggregate formation, which may cause overestimation of the amount of siRNA actually loaded into EVs. Moreover, our data clearly illustrate that electroporation is far less efficient than previously described, and highlight the necessity for alternative methods to prepare siRNA-loaded EVs.

Extracellular vesicles (EVs) are increasingly being recognized as candidate drug delivery systems due to their ability to functionally transfer biological cargo between cells. However, the therapeutic applicability of EVs may be limited due to a lack of cell-targeting specificity and rapid clearance of exogenous EVs from the circulation. In order to improve EV characteristics for drug delivery to tumor cells, we have developed a novel method for decorating EVs with targeting ligands conjugated to polyethylene glycol (PEG). Nanobodies specific for the epidermal growth factor receptor (EGFR) were conjugated to phospholipid (DMPE)-PEG derivatives to prepare nanobody-PEG-micelles. When micelles were mixed with EVs derived from Neuro2A cells or platelets, a temperature-dependent transfer of nanobody-PEG-lipids to the EV membranes was observed, indicative of a ‘post-insertion’ mechanism. This process did not affect EV morphology, size distribution, or protein composition. After introduction of PEG-conjugated control nanobodies to EVs, cellular binding was compromised due to the shielding properties of PEG. However, specific binding to EGFR-overexpressing tumor cells was dramatically increased when EGFR-specific nanobodies were employed. Moreover, whereas unmodified EVs were rapidly cleared from the circulation within 10 min after intravenous injection in mice, EVs modified with nanobody-PEG-lipids were still detectable in plasma for longer than 60 min post-injection. In conclusion, we propose post-insertion as a novel technique to confer targeting capacity to isolated EVs, circumventing the requirement to modify EV-secreting cells. Importantly, insertion of ligand-conjugated PEG-derivatized phospholipids in EV membranes equips EVs with improved cell specificity and prolonged circulation times, potentially increasing EV accumulation in targeted tissues and improving cargo delivery.

Recent evidence has established that extracellular vesicles (EVs), including exosomes and microvesicles, form an endogenous transport system through which biomolecules, including proteins and RNA, are exchanged between cells. This endows EVs with immense potential for drug delivery and regenerative medicine applications. Understanding the biology underlying EV-based intercellular transfer of cargo is of great importance for the development of EV-based therapeutics. Here, we sought to characterize the cellular mechanisms involved in EV uptake. Internalization of fluorescently-labeled EVs was evaluated in HeLa cells, in 2D (monolayer) cell culture as well as 3D spheroids. Uptake was assessed using flow cytometry and confocal microscopy, using chemical as well as RNA interference-based inhibition of key proteins involved in individual endocytic pathways. Experiments with chemical inhibitors revealed that EV uptake depends on cholesterol and tyrosine kinase activity, which are implicated in clathrin-independent endocytosis, and on Na+/H+ exchange and phosphoinositide 3-kinase activity, which are important for macropinocytosis. Furthermore, EV internalization was inhibited by siRNA-mediated knockdown of caveolin-1, flotillin-1, RhoA, Rac1 and PAK1, but not clathrin heavy chain. Together, these results suggest that EVs enter cells predominantly via clathrin-independent endocytosis and macropinocytosis. Identification of EV components that promote their uptake via pathways that lead to functional cargo transfer might allow development of more efficient therapeutics through EV-inspired engineering.

Abstract Motivation: Extracellular vesicles (EVs) are spherical bilayered proteolipids, harboring various bioactive molecules. Due to the complexity of the vesicular nomenclatures and components, online searches for EV-related publications and vesicular components are currently challenging. Results: We present an improved version of EVpedia, a public database for EVs research. This community web portal contains a database of publications and vesicular components, identification of orthologous vesicular components, bioinformatic tools and a personalized function. EVpedia includes 6879 publications, 172 080 vesicular components from 263 high-throughput datasets, and has been accessed more than 65 000 times from more than 750 cities. In addition, about 350 members from 73 international research groups have participated in developing EVpedia. This free web-based database might serve as a useful resource to stimulate the emerging field of EV research. Availability and implementation: The web site was implemented in PHP, Java, MySQL and Apache, and is freely available at http://evpedia.info. Contact: ysgho@postech.ac.kr

Background Extracellular vesicles (EVs) are attractive candidate drug delivery systems due to their ability to functionally transport biological cargo to recipient cells. However, the apparent lack of target cell specificity of exogenously administered EVs limits their therapeutic applicability. In this study, we propose a novel method to equip EVs with targeting properties, in order to improve their interaction with tumour cells. Methods EV producing cells were transfected with vectors encoding for anti‐epidermal growth factor receptor (EGFR) nanobodies, which served as targeting ligands for tumour cells, fused to glycosylphosphatidylinositol (GPI) anchor signal peptides derived from decay‐accelerating factor (DAF). EVs were isolated using ultrafiltration/size‐exclusion liquid chromatography and characterized using western blotting, Nanoparticle Tracking Analysis, and electron microscopy. EV–tumour cell interactions were analyzed under static conditions using flow cytometry and under flow conditions using a live‐cell fluorescence microscopy‐coupled perfusion system. Results V analysis showed that GPI‐linked nanobodies were successfully displayed on EV surfaces and were highly enriched in EVs compared with parent cells. Display of GPI‐linked nanobodies on EVs did not alter general EV characteristics (i.e. morphology, size distribution and protein marker expression), but greatly improved EV binding to tumour cells dependent on EGFR density under static conditions. Moreover, nanobody‐displaying EVs showed a significantly improved cell association to EGFR‐expressing tumour cells under flow conditions. Conclusions We show that nanobodies can be anchored on the surface of EVs via GPI, which alters their cell targeting behaviour. Furthermore, this study highlights GPI‐anchoring as a new tool in the EV toolbox, which may be applied for EV display of a variety of proteins, such as antibodies, reporter proteins and signaling molecules.