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近期，四川大學(xué)國家生物醫(yī)學(xué)材料工程技術(shù)研究中心/生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院張興棟院士團(tuán)隊(duì)、王啟光副研究員/樊渝江教授提出了一種利用臍帶來源間充質(zhì)干細(xì)胞衍生外泌體（UCMSC-EXOs）的無細(xì)胞治療骨關(guān)節(jié)炎新策略。研究人員利用軟骨細(xì)胞靶向聚合物修飾外泌體，并封裝在巰基化透明質(zhì)酸微凝膠中，形成“兩相”釋放系統(tǒng)，協(xié)同促進(jìn)大鼠模型中OA軟骨的修復(fù)。這項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)了UCMSC-EXOs對OA軟骨細(xì)胞再年輕化的作用，并發(fā)現(xiàn)UCMSC-EXO中的p53信號通路是恢復(fù)老化軟骨細(xì)胞的關(guān)鍵因素。軟骨細(xì)胞靶向和緩釋策略相結(jié)合，有效提升了外泌體的體內(nèi)保留時(shí)間和作用效率。該工作以“Cell-Free Osteoarthritis Treatment with Sustained-Release of Chondrocyte-Targeting Exosomes from Umbilical Cord-Derived Mesenchymal Stem Cells to Rejuvenate Ageing Chondrocytes”為題發(fā)表在ACS Nano上（doi: 10.1021/acsnano.3c01612）。文章第一作者是四川大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院博士生曹洪芙。該研究得到國家自然科學(xué)基金委的支持。

圖1. 可持續(xù)釋放的軟骨細(xì)胞靶向UCMSC-EXO的治療示意圖

該研究證實(shí)，UCMSC-EXOs中高表達(dá)的功能性miRNA與OA相關(guān)，并結(jié)合對應(yīng)的靶基因分析確認(rèn)p53信號通路為恢復(fù)OA軟骨細(xì)胞功能的關(guān)鍵因子（圖2）。在此基礎(chǔ)上，通過體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了UCMSC-EXOs對OA軟骨細(xì)胞的再年輕化和細(xì)胞外基質(zhì)再生的作用（圖3）。

圖2. UCMSC-EXOs的提取及其功能性miRNA分析

圖3. UCMSC-EXOs在老化OA軟骨細(xì)胞的年輕化及功能重塑中的作用

為了提高體內(nèi)的治療效率，該研究采用CLS-PEG-CAP高分子對外泌體表面進(jìn)行了軟骨細(xì)胞靶向肽（CAP）修飾，顯著提高了軟骨病變部位UCMSC-EXOs的富集，并減少了在其它器官中的擴(kuò)散（圖4）。

 圖4. CAP修飾的外泌體可特異性靶向關(guān)節(jié)內(nèi)的軟骨細(xì)胞

研究人員進(jìn)一步利用巰基化透明質(zhì)酸（HA-SH）微凝膠通過二硫鍵/共混雙重機(jī)制封裝外泌體，構(gòu)建“兩相”釋放系統(tǒng)（圖5），在關(guān)節(jié)腔內(nèi)實(shí)現(xiàn)外泌體14天以上的持續(xù)釋放。該體系中存在的部分未與HA-SH材料結(jié)合的外泌體首先快速釋放，在關(guān)節(jié)軟骨表面富集“先頭兵”；而通過二硫鍵與HA-SH結(jié)合的外泌體隨著降解逐步釋放。

圖5. 可注射HA-SH微凝膠中外泌體的“兩相”緩釋

體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用工程化手段賦予UCMSC-EXOs的軟骨細(xì)胞特異性靶向和體內(nèi)緩釋功能在OA治療中顯示出良好協(xié)同效應(yīng)，其治療效果顯著優(yōu)于天然外泌體和僅具有特異性靶向或體內(nèi)緩釋作用的外泌體對照組（圖6）。

圖6. 具有軟骨細(xì)胞特異性靶向和體內(nèi)緩釋功能的外泌體顯示出良好的OA治療效果

該工作是團(tuán)隊(duì)近期對工程化外泌體平臺構(gòu)建的最新進(jìn)展之一。通過軟骨特異性靶向和HA-SH微凝膠負(fù)載緩釋的工程化UCMSC-EXOs可以顯著提高其在關(guān)節(jié)部位恢復(fù)衰老軟骨細(xì)胞功能的效率和有效時(shí)間，在OA治療中具有良好的臨床應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

Cell-Free Osteoarthritis Treatment with Sustained-Release of Chondrocyte-Targeting Exosomes from Umbilical Cord-Derived Mesenchymal Stem Cells to Rejuvenate Aging Chondrocytes, ACS Nano. 2023 Jul 13. doi: 10.1021/acsnano.3c01612.

文章轉(zhuǎn)載自外泌體之家

https://www.exosomemed.com/14655.html