
撰文:步步先生
來源:干細胞者說
隨著全球老齡化社會的到來,糖尿病患者的數量不斷增加,糖尿病足、糖尿病潰瘍等慢性難愈合性創面的發生率也在逐年升高。血管生成功能障礙是導致糖尿病創面不愈合的主要原因。因此,促進創面血管再生,改善局部血液供應,是糖尿病創面治療的關鍵。
外囊泡(外泌體就是外囊泡的一種)是天然納米顆粒,是理想的藥物遞送載體,可以作為載體遞送分子和基因藥物,為糖尿病不愈合創面治療提供新的策略,近年來引起了研究者的廣泛關注。
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血管生成在組織修復中非常重要。因為供養和供氧不能離開血管方圓200μm之內,否則沒有良好的血供,細胞就活不下去。因此,高效的血管生成,改善局部血液供應,是糖尿病創面治療的關鍵。
細胞外囊泡(extracellular vesicles,EVs)包括外泌體,微囊泡和凋亡小體。細胞外囊泡,具有獨特的介導細胞間通信和相互作用。天然外囊泡可能不包含那么多用于疾病治療的活性成分,因此治療效果有限。如果通過外囊泡遞送促進血管再生的小分子藥物,則有助于促進糖尿病創面愈合。
VH298,一種缺氧誘導因子-1α(HIF-1α)的穩定劑。HIF-1α可以促進血管生成,并在缺氧條件下促進傷口愈合。然而,與非糖尿病創面相比,糖尿病創面中HIF-1α的表達明顯降低。Catrina等報道,糖尿病創面缺氧條件下HIF-1α保護內皮受損的機制可能與高血糖有關,而高血糖也可導致內皮功能障礙。近期研究表明,維持HIF-1α穩定是糖尿病傷口愈合的一種有前途的治療策略。
在糖尿病創面治療過程中,如果血管生成劑VH298結合外囊泡使用,或許會起到更好的治療效果。如果同時結合水凝膠讓其緩釋使用呢,是不是效果更棒?
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近日,解放軍總醫院付小兵院士、張翠萍研究員,聯合湖北省太和醫院李海紅教授課題組報道了一項研究成果,報道了利用GelMA水凝膠和細胞外囊泡作為小分子藥物VH298的遞送平臺,增強了VH298向血管內皮細胞靶向遞送的效率,提高了其促進難愈合創面愈合和血管再生的效果。這項工作為未來糖尿病潰瘍的治療提供一種新的方案。這項研究發表在Acta Biomaterialia上。

1.?提取表皮干細胞外囊泡,制備含血管生成劑的外囊泡,即VH298(VH-EVs)
2. 用VH-EVs 處理人臍帶血管內皮細胞(HUVECs),評價HUVECs的增殖、遷移和管形成能力,觀察VH-EV的血管生成效果。
3. 通過RNAi實驗證實了HIF-1α在改善內皮功能中的關鍵作用
4. 將GelMA與VH-EVs混合制得Gel-VH-EVs,開發了一種用于糖尿病傷口的水凝膠敷料。
5. 評價凝膠Gel-VH-EVs對糖尿病創面愈合和血管生成的影響,并探討其作用機制。

圖1. 動物體內研究示意圖

圖2 天然細胞外囊泡與載藥細胞外囊泡的特征鑒定
在這項研究中,研究者采用37 °C共孵育法,構建了負載VH298的功能化的干細胞細胞外囊泡(VH-EVs),然后對載藥前后細胞外囊泡的結構、粒徑大小和表面標志CD63、CD9、TSG101等進行了鑒定,確定VH-EVs特征符合外囊泡的鑒定標準。
圖3.VH-EVs處理HUVECs細胞增殖、遷移和血管形成情況
體外實驗(圖3)發現:同等濃度的VH-EVs和單藥VH298組相比,VH-EVs更能有效促進人臍帶血管內皮細胞的增殖、遷移和成管能力。
圖4.VH-EVs通過HIF-1α介導的通路增強血管生成能力
體外實驗(圖4)發現:如果將VH-EVs組內皮細胞中的HIF-1α進行干擾敲低后,這一優勢則被明顯削弱,這一現象說明:VH-EVs 攜帶的VH298通過HIF-1α發揮內皮保護,促進血管生成作用。

圖5. GelMA緩釋VH-EVs有效促進糖尿病小鼠的創面愈合
在進一步的實驗中,研究者通過VH-EVs和水凝膠GelMA混合,開發出一種具有良好力學性能和緩釋性能的傷口修復敷料(Gel-VH-EVs),可用于糖尿病傷口修復。
體內實驗結果表明,Gel-VH-EVs可顯著促進糖尿病小鼠創面血管新生,改善局部血液供應,發揮最好的促創面愈合效果,其機制可能與HIF-1α/VEGFA通路激活有關。

總結一下,首先,本研究構建了基于GelMA水凝膠和干細胞外囊泡(VH-EVs)的小分子(VH298)遞送平臺,即Gel-VH-EVs。接著,隨著負載VH298的干細胞外囊泡從GelMA水凝膠中持續釋放并被血管內皮細胞吸收,VH298進入細胞質。最后,VH298通過阻斷常氧條件下VHL和HIF-1α的結合,特異性抑制HIF-1α的泛素化和降解,促進HIF-1α的穩定,并激活HIF-1α介導的信號通路,促進血管生成和加速糖尿病創面愈合。
Gel-VH-EVs水凝膠敷料有效改善了小分子的應用途徑,提高了其生物利用度,并為糖尿病創面治療及局部血管修復再生提供了新的治療策略。
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本研究證實,經水凝膠緩釋的細胞外囊泡,可增強血管生成能力,加速糖尿病創面愈合。究其機制是通過負載一種血管生成劑VH298實現的,VH298可促進HIF-1α的穩定,并激活HIF-1α介導的信號通路,促進血管生成和加速糖尿病創面愈合。
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此外,水凝膠GelMA具有良好的機械和生物性能,可提供持續的緩釋效果。新開發的Gel-VH-EVs水凝膠敷料在糖尿病創面治療方面前景廣闊。
https:doi: 10.1016/j.actbio.2022.05.018
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