中科西部细胞:干细胞外囊泡,加速糖尿病创面愈合,让血管长起来

2022-06-25 21:11:45 169

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的活性成分,因此效果有限。 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策略。 在糖尿病创面过程中,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提供一种新的方案。这项研究发表在 Acta Biomaterialia 上。

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。

图1. 动物体内研究示意图

体外实验

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

 

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。

 

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

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

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。,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,并为糖尿病创面及局部血管修复再生提供了新的策略。

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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方面前景广阔。

 

 


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