Exosomes are small extracellular 40-100 nm diameter membrane vesicles of late endosomal origin that can mediate intercellular transfer of RNAs and proteins to assist premetastatic niche formation. Using primary (SW480) and metastatic (SW620) human isogenic colorectal cancer cell lines we compared exosome protein profiles to yield valuable insights into metastatic factors and signaling molecules fundamental to tumor progression. Exosomes purified using OptiPrep™ density gradient fractionation were 40-100 nm in diameter, were of a buoyant density ~1.09 g/mL, and displayed stereotypic exosomal markers TSG101, Alix, and CD63. A major finding was the selective enrichment of metastatic factors (MET, S100A8, S100A9, TNC), signal transduction molecules (EFNB2, JAG1, SRC, TNIK), and lipid raft and lipid raft-associated components (CAV1, FLOT1, FLOT2, PROM1) in exosomes derived from metastatic SW620 cells. Additionally, using cryo-electron microscopy, ultrastructural components in exosomes were identified. A key finding of this study was the detection and colocalization of protein complexes EPCAM-CLDN7 and TNIK-RAP2A in colorectal cancer cell exosomes. The selective enrichment of metastatic factors and signaling pathway components in metastatic colon cancer cell-derived exosomes contributes to our understanding of the cross-talk between tumor and stromal cells in the tumor microenvironment.

From their humble discovery as cellular debris to cementing their natural capacity to transfer functional molecules between cells, the long-winded journey of extracellular vesicles (EVs) now stands at the precipice as a next-generation cell-free therapeutic tool to revolutionize modern-day medicine. This perspective provides a snapshot of the discovery of EVs to their emergence as a vibrant field of biology and the renaissance they usher in the field of biomedical sciences as therapeutic agents for cardiovascular pathologies. Rapid development of bioengineered EVs is providing innovative opportunities to overcome biological challenges of natural EVs such as potency, cargo loading and enhanced secretion, targeting and circulation half-life, localized and sustained delivery strategies, approaches to enhance systemic circulation, uptake and lysosomal escape, and logistical hurdles encompassing scalability, cost, and time. A multidisciplinary collaboration beyond the field of biology now extends to chemistry, physics, biomaterials, and nanotechnology, allowing rapid development of designer therapeutic EVs that are now entering late-stage human clinical trials.

Abstract Extracellular vesicles (EVs) are now being increasingly recognized as an essential signaling entity in human plasma, linking them to health and various diseases. Still, their core protein and lipid componentry, which lie at the center of EV form and function, remains poorly defined. Achieving this unmet milestone remains greatly hindered by abundant non-vesicular extracellular plasma components (non-EVs) in mass spectrometry-based analyses. Here, we performed high-resolution density gradient fractionation of over 110 human plasma samples to isolate circulating EVs, and systematically construct their quantitative proteome (4500 proteins) and lipidome (829 lipids) landscapes. This led to the discovery of a highly conserved panel of 182 proteins (ADAM10, STEAP23, STX7) and 52 lipids (PS, PIPs, Hex2Cer, PAs), providing a deep survey of hallmark molecular features and biological pathways intrinsic to circulating EVs. Our efforts also mapped the surfaceome diversity, identifying 151 proteins on EV surface. We further establish a set of 42 proteins and 114 lipids features that served as hallmark features of non-EV particles in plasma. We submit ADAM10 and PS(36:1) as conserved EV biological markers that precisely differentiates between EV and non-EV particles. Our findings, which can be explored via open-source Shiny web tool ( evmap.shinyapps.io/evmap/ ) will serve as a valuable repository to the research community for a clearer understanding of circulating EV biology.

This review summarizes how aptamers (chemical antibodies) at the molecular level propel the advancement of the application of nano-scaled extracellular vesicles in nanotechnology and medicine, highlighting the latest developments since 2023.