解放军总医院:经水凝胶缓释的干细胞外囊泡,加速糖尿病创面愈合,让血管长起来

间充质干细胞、免疫细胞、外泌体源头实验室

解放军总医院:经水凝胶缓释的干细胞外囊泡,加速糖尿病创面愈合,让血管长起来

撰文:步步先生

来源:干细胞者说

随着全球老龄化社会的到来,糖尿病患者的数量不断增加,糖尿病足、糖尿病溃疡等慢性难愈合性创面的发生率也在逐年升高。血管生成功能障碍是导致糖尿病创面不愈合的主要原因。因此,促进创面血管再生,改善局部血液供应,是糖尿病创面治疗的关键。

外囊泡(外泌体就是外囊泡的一种)是天然纳米颗粒,是理想的药物递送载体,可以作为载体递送分子和基因药物,为糖尿病不愈合创面治疗提供新的策略,近年来引起了研究者的广泛关注。

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基础知识介绍

干细胞外囊泡和血管新生

血管生成在组织修复中非常重要。因为供养和供氧不能离开血管方圆200μm之内,否则没有良好的血供,细胞就活不下去。因此,高效的血管生成,改善局部血液供应,是糖尿病创面治疗的关键
 
细胞外囊泡(extracellular vesicles,EVs)包括外泌体,微囊泡和凋亡小体细胞外囊泡,具有独特的介导细胞间通信和相互作用。天然外囊泡可能不包含那么多用于疾病治疗的活性成分,因此治疗效果有限。如果通过外囊泡递送促进血管再生的小分子药物,则有助于促进糖尿病创面愈合

血管生成剂:VH298

VH298,一种缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)的稳定剂。HIF-1α可以促进血管生成,并在缺氧条件下促进伤口愈合。然而,与非糖尿病创面相比,糖尿病创面中HIF-1α的表达明显降低。Catrina等报道,糖尿病创面缺氧条件下HIF-1α保护内皮受损的机制可能与高血糖有关,而高血糖也可导致内皮功能障碍。近期研究表明,维持HIF-1α稳定是糖尿病伤口愈合的一种有前途的治疗策略。
在糖尿病创面治疗过程中,如果血管生成剂VH298结合外囊泡使用,或许会起到更好的治疗效果。如果同时结合水凝胶让其缓释使用呢,是不是效果更棒?

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水凝胶+载药外囊泡,促进糖尿病创面愈合
近日解放军总医院付小兵院士、张翠萍研究员,联合湖北省太和医院李海红教授课题组报道了一项研究成果,报道了利用GelMA水凝胶和细胞外囊泡作为小分子药物VH298的递送平台,增强了VH298向血管内皮细胞靶向递送的效率,提高了其促进难愈合创面愈合和血管再生的效果这项工作为未来糖尿病溃疡的治疗提供一种新的方案。这项研究发表在Acta Biomaterialia上。

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研究思路

1. 提取表皮干细胞外囊泡,制备含血管生成剂的外囊泡,即VH298(VH-EVs)

2. 用VH-EVs 处理人脐带血管内皮细胞(HUVECs),评价HUVECs的增殖、迁移和管形成能力,观察VH-EV的血管生成效果。

3. 通过RNAi实验证实了HIF-1α在改善内皮功能中的关键作用

4. 将GelMA与VH-EVs混合制得Gel-VH-EVs,开发了一种用于糖尿病伤口的水凝胶敷料。

5. 评价凝胶Gel-VH-EVs对糖尿病创面愈合和血管生成的影响,并探讨其作用机制。

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图1. 动物体内研究示意图

体外实验

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图2 天然细胞外囊泡与载药细胞外囊泡的特征鉴定

在这项研究中,研究者采用37 °C共孵育法,构建了负载VH298的功能化的干细胞细胞外囊泡VH-EVs,然后对载药前后细胞外囊泡的结构、粒径大小和表面标志CD63、CD9、TSG101等进行了鉴定,确定VH-EVs特征符合外囊泡的鉴定标准

解放军总医院:经水凝胶缓释的干细胞外囊泡,加速糖尿病创面愈合,让血管长起来图3.VH-EVs处理HUVECs细胞增殖、迁移和血管形成情况

体外实验(图3)发现:同等浓度的VH-EVs和单药VH298组相比,VH-EVs更能有效促进人脐带血管内皮细胞的增殖、迁移和成管能力

解放军总医院:经水凝胶缓释的干细胞外囊泡,加速糖尿病创面愈合,让血管长起来图4.VH-EVs通过HIF-1α介导的通路增强血管生成能力
体外实验(图4)发现:如果将VH-EVs组内皮细胞中的HIF-1α进行干扰敲低后,这一优势则被明显削弱,这一现象说明:VH-EVs 携带的VH298通过HIF-1α发挥内皮保护,促进血管生成作用

动物实验

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图5. GelMA缓释VH-EVs有效促进糖尿病小鼠的创面愈合
在进一步的实验中,研究者通过VH-EVs和水凝胶GelMA混合,开发出一种具有良好力学性能和缓释性能的伤口修复敷料(Gel-VH-EVs),可用于糖尿病伤口修复
 
体内实验结果表明,Gel-VH-EVs可显著促进糖尿病小鼠创面血管新生,改善局部血液供应,发挥最好的促创面愈合效果其机制可能与HIF-1α/VEGFA通路激活有关
▉ 外囊泡促进血管再生的可能机制

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Gel-VH-EVs 促进血管新生机制
总结一下,首先,本研究构建了基于GelMA水凝胶和干细胞外囊泡(VH-EVs)的小分子(VH298)递送平台,即Gel-VH-EVs。接着随着负载VH298的干细胞外囊泡从GelMA水凝胶中持续释放并被血管内皮细胞吸收,VH298进入细胞质。最后VH298通过阻断常氧条件下VHL和HIF-1α的结合,特异性抑制HIF-1α的泛素化和降解,促进HIF-1α的稳定,并激活HIF-1α介导的信号通路,促进血管生成和加速糖尿病创面愈合
Gel-VH-EVs水凝胶敷料有效改善了小分子的应用途径,提高了其生物利用度,并为糖尿病创面治疗及局部血管修复再生提供了新的治疗策略。
 

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文末小结

本研究证实,经水凝胶缓释的细胞外囊泡,可增强血管生成能力,加速糖尿病创面愈合。究其机制是通过负载一种血管生成剂VH298实现的,VH298可促进HIF-1α的稳定,并激活HIF-1α介导的信号通路,促进血管生成和加速糖尿病创面愈合

 

此外,水凝胶GelMA具有良好的机械和生物性能,可提供持续的缓释效果。新开发的Gel-VH-EVs水凝胶敷料在糖尿病创面治疗方面前景广阔。

原文链接:

https:doi: 10.1016/j.actbio.2022.05.018

编辑:小果果,转载请注明出处:https://www.cells88.com/cells/wmt/22649.html

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