無針注射 | 外泌體改善老化皮膚中的膠原蛋白生成

為了追求更年輕的外觀，許多人在皮膚上涂抹藥膏或注射真皮填充劑。但局部治療通常不是很有效，因為它們不會深入皮膚深處，而注射的結果通常只持續幾個月并且可能會很痛苦。現在，在 ACS Nano 上報道的研究人員已經開發出一種無針“外泌體”治療方法，可以減少紫外線照射的皮膚皺紋。使用噴射注射器無針注射外泌體為外泌體的透皮遞送提供了一種有效的方法。

無針注射技術

無針注射技術 (NFIT) 涵蓋范圍廣泛的藥物輸送系統，這些系統使用洛倫茲、沖擊波、氣體壓力或電泳等任何一種力推動藥物通過皮膚，從而推動藥物通過皮膚，實際上消除了使用皮下注射針。此類設備以可重復使用的形式提供。

與傳統注射器相比，NFIT 不僅讓用戶免于不必要的痛苦，而且還可以使用固體托盤形式的藥物。這項技術的未來前景廣闊，可確保幾乎無痛和高效的藥物輸送。

Comfort-In? 無針注射器和無針注射器

與該技術相關的主要缺點是給藥后皮膚的“濕潤”，如果不加以注意，可能會產生灰塵和其他有害雜質。這項技術得到了世界衛生組織、疾病控制和預防中心以及包括比爾和梅琳達蓋茨基金會在內的各種組織的支持。

這項技術不僅被認為對制藥業有益，而且發展中國家也發現它在大規模免疫計劃中非常有用，避免了針刺傷害的機會，并避免了其他并發癥，包括因多次使用單針而引起的并發癥，并已觀察到更好的患者依從性。

外泌體改善老化皮膚中的膠原蛋白生成

隨著皮膚細胞老化，它們會失去繁殖和產生膠原蛋白的能力，而膠原蛋白是皮膚的主要結構蛋白。科學家們發現，用干細胞外泌體在培養皿中處理人類皮膚細胞可以增加膠原蛋白的含量并引起其他年輕的變化。外泌體是含有蛋白質和 RNA 的膜狀囊泡，細胞釋放它們以相互交流。研究人員用人類真皮成纖維細胞的外泌體處理小鼠皮膚是否可以減少皺紋并恢復年輕特征。為了避免注射外泌體，研究人員測試了一種無針裝置，該裝置使用空氣噴射將藥物輸送到皮膚深處。

在這一項驗證研究中，北卡羅來納州立大學的研究人員表明，從人類皮膚細胞中提取的外泌體在修復小鼠曬傷皮膚細胞方面比目前使用的流行的視黃醇或基于干細胞的治療更有效。此外，納米大小的外泌體可以通過無針注射遞送至靶細胞。

原文Journal reference:Hu, S.?et al. (2019) Needle-Free Injection of Exosomes Derived from Human Dermal Fibroblast Spheroids Ameliorates Skin Photoaging.?ACS Nano.?doi.org/10.1021/acsnano.9b04384.

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研究人員將小鼠暴露在紫外線 B (UVB) 下，這會加速衰老并導致皺紋形成。經過 8 周的 UVB 照射后，研究人員使用無針注射器將來自人類皮膚成纖維細胞的外泌體施用于一些小鼠。三周后，接受治療的小鼠比未治療的小鼠或接受局部視黃酸（一種標準的抗衰老藥物）的小鼠表現出明顯更薄和更淺的皺紋。與未治療小鼠的皮膚相比，外泌體治療小鼠的皮膚更厚，炎癥減少，膠原蛋白合成增強。

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研究人員表明，從人類皮膚細胞中提取的外泌體在修復小鼠曬傷皮膚細胞方面比目前使用的流行的視黃醇或基于干細胞的治療更有效。此外，納米大小的外泌體可以通過無針注射遞送至靶細胞。

| 將單層真皮成纖維細胞培養成球體，然后收集外泌體并通過無針注射器輸送用于皮膚老化治療。

外泌體是被細胞排泄和吸收的微小囊（30-150 納米寬）。它們可以將 DNA、RNA 或蛋白質從一個細胞轉移到另一個細胞，從而影響受體細胞的功能。在再生醫學領域，正在測試外泌體作為干細胞治療從心臟病到呼吸系統疾病等疾病的載體。

外泌體促進皮膚細胞增殖和再上皮化

在增殖期，成纖維細胞增殖通常開始于皮膚損傷后第 3 天，此后成纖維細胞出現并開始增殖產生 ECM；此外，上皮細胞開始增殖并朝創面中心遷移，從而加速創面愈合。因此，細胞增殖和皮膚上皮再形成是皮膚再生的關鍵。

有研究發現，在糖尿病大鼠模型中，富血小板血漿衍生的 EXOs 通過激活 YAP 蛋白，有效促進成纖維細胞的增殖和遷移，以及創面皮膚再上皮化， ADSCs-EXOs 能夠促進周圍神經損傷后再生。

另外，研究發現，人成纖維細胞衍生的外泌體富含具有生物活性的熱休克蛋白-90α，以及具有促血管生成能力的 miR-126、miR-130a、miR-132，具有抗炎作用的miR-124a、miR-125b，以及具有調節膠原沉積的miR-21，從而表現出加速創面血管生成、加速創面成纖維細胞及上皮細胞的增殖和遷移，來促進創面愈合。

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hADSCs-EXOs 可以通過促進成纖維細胞增殖和膠原蛋白合成，以及上調 N 鈣黏蛋白的基因表達，促進細胞周期蛋白 1、增殖細胞核抗原、Ⅰ型膠原和體外Ⅲ型膠原的合成，來促進創面愈合。體內實驗也證明，hADSCs-EXOs 通過優化成纖維細胞特性，從而顯著促進皮膚傷口愈合。

此外，人誘導多能干細胞衍生的 MSCs-EXOs 通過促進人皮膚成纖維細胞增殖和遷移，以及通過增強膠原合成促進皮膚創面愈合。研究表明，在大鼠深二度燒傷損傷模型中，hucMSCs-EXOs 可抑制細胞凋亡，并激活 Wnt4/β-catenin 和 AKT 信號通路，以增加角蛋白 19、PCNA 和Ⅰ型膠原的表達，從而促進細胞增殖，加速再上皮化。

外泌體促進膠原重塑從而減少瘢痕

嚴重創傷、大面積燒傷和痤瘡通常會導致瘢痕形成，這是肌成纖維細胞過度聚集和 ECM 沉積的結果。瘢痕的形成不僅影響美觀，而且也影響器官功能。

hADSCs-EXOs 可優化成纖維細胞的特性來促進創面愈合，他們發現在創面愈合早期階段，hADSCs-EXOs 通過促進成纖維細胞分泌Ⅰ、Ⅲ型膠原，從而加速皮膚再生；然而在晚期階段，它們可以抑制膠原蛋白的表達，從而減少瘢痕形成。

研究證明臍帶間充質干細胞來源 EXOs 內攜帶一些特異性 miRNAs（miRNA-21、miRNA-23A、miRNA-125B 和 miRNA-145），這些 miRNAs 通過抑制 TGF-β/SMAD2 通路，抑制肌成纖維細胞分化和過度纖維化，從而減少瘢痕形成。另有報道表明，在大鼠創面模型中，高濃度的人羊膜上皮細胞來源 EXOs 通過刺激基質金屬蛋白酶 1 的表達來調控 ECM 沉積，從而促進創面愈合。

此外，近年研究表明，hucMSCs-EXOs 抑制皮膚瘢痕形成的新機制是，在皮膚再生的重塑階段，hucMSCs-EXOs 遞送 14-3-3ζ 蛋白，有效地調控 YAP 通路；在高細胞密度條件下，14-3-3ζ 蛋白募集 YAP 和 p-LATS 形成復合物，復合物誘導 YAP 磷酸化來抑制 Wnt/β-連環蛋白信號傳導，從而限制過度真皮成纖維細胞擴張和膠原沉積。

外泌體和頭發生長

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脫發是一種常見的醫學問題，對受影響的個體有嚴重的負面影響。它與多種因素有關，包括營養缺乏、荷爾蒙變化和藥物治療。斑禿和雄激素性脫發是當今皮膚科醫生面臨的挑戰，缺乏有效的治療方法。

已經開發了多種皮膚病學化合物來對抗脫發。非那雄胺和米諾地爾是治療脫發的主要方法。然而，它們僅具有短期效果，停止治療會導致快速脫發并具有已知的副作用。自體毛囊移植也曾嘗試過，但供體毛囊數量有限，是一種侵入性操作，移植物成活率很大程度上取決于外科醫生。因此，脫發是一個未解決的問題，需要有效的長期策略。

毛囊周期是一個復雜的過程，涉及快速生長（生長期）、退化（退行期）和靜止期（休止期）的交替階段。毛囊是包含上皮和間充質區室的表皮附屬物。真皮乳頭 (DP) 位于毛囊底部，在毛囊周期中起著重要作用。AT-MSCs 能夠在體外促進 DP 細胞的增殖并促進小鼠和人類的毛發生長。

研究發現，外泌體對 DP 細胞進行體外處理會導致 AKT 以及抗凋亡蛋白 Bcl-2 的磷酸化激活，從而增加它們的存活和遷移。另一方面，通過MSC-EV處理，VEGF和IGF-1基因的表達和釋放以劑量依賴性方式顯著增加。這些因素促進頭發生長，增加毛囊大小和頭發厚度。這些外泌體的體內效應導致 Wnt3a 和 Wnt5a 信號傳導增加，因此該治療可用于激活人類毛囊干細胞，通過 Wnt/β-catenin 激活導致生長期。BM-MSC外泌體顯著促進了休止期向生長期的轉化，增加了真皮的厚度，這也間接反映了毛發生長的改善。此外，未觀察到主要器官損傷，表明 BM-MSC 外泌體可能是一種無毒治療選擇。MSC 外泌體在毛囊動力學中的作用很可能會成為皮膚再生化妝品和生物醫學中的重要工具。

上述研究證明外泌體可促進創面愈合，從細胞角度看，外泌體通過增強上皮細胞、內皮細胞和成纖維細胞的增殖、遷移，以及調節血管新生、膠原合成和 ECM 重塑的能力，來達到創面更快愈合的目的；從分子角度看，外泌體通過攜帶特定的 miRNA 或蛋白質，來調節靶細胞基因的表達和信號通路的激活。目前雖已證明外泌體治療創面從安全性和療效方面都有不錯的效果。