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伊利诺伊大学 | 外泌体在颅面组织工程和再生中的作用

伊利诺伊大学芝加哥分校牙科学院的Lyndon F. Cooper等,在Front. Physiol.发表了题为A Role for Exosomes in Craniofacial Tissue Engineering and Regeneration(外泌体在颅面组织工程和再生中的作用)的研究成果,总结了 MSC 外泌体在控制或诱导骨、软骨、牙本质、黏膜和牙髓组织形成中的应用。外泌体的下一步工程为增强口腔和颅面组织工程和再生提供了额外的途径。

 

组织工程和再生医学利用间充质干细胞 (MSCs) 及其分泌组来创造或诱导功能性组织替代。外泌体是由 MSC 和其他细胞分泌的特定细胞外囊泡 (EV),它们将信息货物从 MSC 运送到影响基本细胞过程的靶细胞,包括细胞凋亡、增殖、迁移和谱系特异性分化。

 

颅面组织的重建包括广泛的生物和临床兴趣。特定的生物或临床关切是否涉及骨,软骨,唾液腺,皮肤和粘膜,肌肉或神经,分享组织再生的基本原则和挑战。

 

针对组织再生的组织工程力涉及三个关键要素,支架,生长因子和细胞单独使用或一起使用以替代功能组织。关于组织工程的细胞成分,间充质干细胞(MSCs)一直是颅面再生的许多努力的重点。MSCS广泛可从各种组织中获得,并且能够扩展(有限的自我更新)和多谱系分化成骨,软骨,脂肪,肌肉和神经。

 

同种异体细胞的使用需要强烈筛选来排除疾病传播。然而,与胚胎干细胞或诱导的多能干细胞的使用不同,MSCs不会导致移植后畸胎瘤形成的相同风险,或者与ESC USEN相关的相同道德问题。

 

间充质干细胞可在移植后以几种方式起作用。移植的MSCs可以植入并分化为直接形成新组织,它们可以通过帕瓜碱信号传导来介导新组织的宿主细胞形成,以诱导分化细胞以直接组织再生和血管生成,或者它们可以通过涉及直接细胞的免疫调节调节来控制伤口愈合和再生,到细胞或间接分泌信号。

 

免疫调节被认为是伤口愈合中MSC功能的重要方面,因此是组织工程。这些机制可能不是相互排斥的,重要的是,本地提示可能影响组织再生中MSC的组织特异性/谱系特异性功能。然而,通过影响宿主干细胞保护,细胞凋亡,新血管化和招生和分化来深入地影响基于MSC的组织工程的成功。这强调了植入的MSCS作为持续释放因素的源于局部条件的源泉的优势。

 

口腔和颅面组织工程中的MSC外来作用

 

可以分离由来自口腔组织的MSCs收获的外泌体,并用于颅面组织工程。来自不同组织的外泌体也可用于促进颅面修复和再生。对颅面和口腔组织再生的外泌体的潜在用途包括骨组织工程。

 

MSC外来物用于增强小鼠中的骨折愈合。重要的是,当用外泌体处理显示减少外出生成和显示延迟愈伤组织的CD9  ,展示延迟愈伤组织的小鼠时,加速了CD9小鼠骨折愈合。研究表明,MIRNA调节骨细胞分化。包括WNT途径和PI3K / AKT途径的特异性途径可能受MSC外泌体的影响。

 

MSC外来体在免疫调节中的作用

 

间充质干细胞广泛分布于组织中,在组织修复和再生过程中似乎与局部炎症微环境相通。MSCs 在修复和再生过程中参与炎症细胞的募集和调节。损伤后,已知募集的 MSC 会产生免疫调节因子,从而促进炎症和伤口愈合的进展。

 

已知 MSC 分泌组包含许多指导血管生成、细胞外基质合成和重塑以及祖细胞分化的生长因子和细胞因子。在免疫调节方面,间充质干细胞通过与免疫细胞直接接触而发挥作用,它们分泌有效因子,包括 TGF-β、NO、PGE2、1L-17 和 IL-10。间充质干细胞通过交流改变 TC、树突状细胞、B 细胞和 NK 细胞的活性,从而在修复过程中调节炎症。

 

从牙齿组织中分离外泌体

 

外泌体可以从牙齿组织的 MSC 中分离出来。剥落乳牙或有意采集的成年牙齿都可以提供用于再生目的的牙髓干细胞 (DPSC) 。DPSCs 通过体内多能分化直接再生,包括肝脏、牙髓、骨骼、肌肉和神经,此外还促进再生组织的血管化。

 

神经嵴衍生的 DPSC 可能在神经再生中提供特别有价值的功能,如其表型、它们沿神经源性谱系的分化和功能研究证明 DPSC 介导的坐骨神经功能再生。DPSCs 的一个主要限制是在再生医学中获得的自体使用的细胞数量相对较少,但它们被提倡作为组织/细胞库的合适 MSC。DPSC 与骨髓来源的 MSC 相比的主要优势是相对可用性和易于访问(提取/牙髓治疗)。

 

我们探索 DPSC 外泌体的努力可能为使用培养扩增或永生化 DPSC 的再生提供同种异体资源。鉴于外泌体的长期稳定性,外泌体可能在再生医学中发挥重要作用。研究中证实,DPSC 外泌体,如 MSC 外泌体,可促进靶细胞和组织中的免疫保护和抗凋亡机制,更具体地说,DPSC 外泌体表现出纸浆再生潜力。

 

伊利诺伊大学 | 外泌体在颅面组织工程和再生中的作用

 

用于治疗的外泌体

 

外泌体的先天特征表明其在临床治疗中的创新用途。它们的纳米级尺寸、与快速内吞作用相关的膜组成、相对缺乏毒性、稳定性和进入中枢神经系统(通过血脑屏障)结合起来为向靶细胞传递特定信号提供了一种载体。

 

这些信号(蛋白质、RNA、miRNA)代表了亲代细胞的谱系和生理。外泌体还可能具有同种异体性,可以使用特征良好且标准化的供体来源。此外,本综述反复引用了使用人类 MSC 外泌体在动物研究中取得积极成果的异种移植成功。

 

此外,可以设计外泌体以携带特定的货物和合成(药物)货物以用于治疗目的。亲代细胞的刺激或基因操作可以改变外泌体货物以增强再生。或者,可以通过电穿孔、基于化学的转染、简单的孵育方法将选定的 siRNA、miRNA、药物和酶直接加载到外泌体中。早期研究还表明,外泌体可能通过冻干保存更长时间。外泌体的进一步工程化可能涉及表面蛋白的表达,以将外泌体引导至特定的细胞外基质或选定的细胞。

 

口腔和全身疾病诊断中的外表作用

 

唾液外泌体在诊断系统和口服疾病方面的作用是目前医学和牙科外来运动的推测应用的一个例子。唾液在口腔和全身疾病诊断中的重要性是日益增长的兴趣。该领域扩大以使用液体活检(非侵袭性生物流体试验)进行蛋白质组学,转录组,微生物学,代谢组和微稻草分析。虽然不是本评论的预期焦点,但外表在疾病的诊断中使用对医学和牙科的兴趣越来越令人兴趣,并在此处进行简要考虑。

 

从生物流体中分离的外泌体可以克服局限性,例如相对低表达生物标志物和全部和腺唾液中的RNA和miRNA的降解。外泌体可以使用市售的套件,超速离心方法和专用的两相体系分离,以改善唾液外出分离。显示出从腺唾液中分离的外泌体具有唾液腺疾病状态独特的miRNA。最近审查了使用唾液外泌体作为癌症的生物标志物。FTIR的表征由FTIR的患有健康个体口腔癌受试者的外泌体,并提出了早期阶段口腔癌的未来诊断的非侵入性方法。

 

Alcayaga-Miranda, F., Varas-Godoy, M., and Khoury, M. (2016). Harnessing the angiogenic potential of stem cell-derived exosomes for vascular regeneration. Stem Cells Int. 2016:3409169. doi: 10.1155/2016/3409169
Alvarez-Erviti, L., Seow, Y., Yin, H., Betts, C., Lakhal, S., and Wood, M. J. (2011). Delivery of sirna to the mouse brain by systemic injection of targeted exosomes. Nat. Biotechnol. 29, 341–345. doi: 10.1038/nbt.1807

发布者:木木夕,转转请注明出处:https://www.cells88.com/cells/wmt/8593.html

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