四川大学华西医院解慧琪团队《Biomaterials》：尿源性干细胞外泌体复合细胞外基质水凝胶加速糖尿病创面愈合

中国每年有超过300万例糖尿病足溃疡新病例，导致超过28万例下肢截肢。糖尿病患者常见的微血管病变和大血管疾病导致血流量减少，降低了氧气和营养物质的供应，从而导致难愈慢性创面的产生。近年来，以间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）为基础的治疗在糖尿病创面修复方面显示出了巨大的应用前景。其中旁分泌作用参与了MSCs治疗多种疾病的潜在作用机制，而外泌体在这一过程中发挥重要作用。但外泌体的低保留率和体内不稳定性阻碍了其治疗效果，细胞外基质水凝胶因其的成分和结构类似于自然的胞外基质，且具有良好的生物相容性和组织活性，可以作为一种理想的载体，用于外泌体的负载和释放。

四川大学华西医院干细胞与组织工程研究中心的解慧琪研究员团队近日在Biomaterials杂志上发表了题为“Exosomes from Hypoxic Urine-derived Stem Cells Facilitate Healing of Diabetic Wound by Targeting SERPINE1 through miR-486-5p”的研究工作。该研究通过低氧预处理尿源性干细胞（USCs），上调其外泌体中miR-486-5p表达，并靶向SERPINE1增强成血管潜能，同时将外泌体负载在改性猪小肠黏膜下层水凝胶SISMA中，协同加速糖尿病创面中的血管生成、胶原沉积和再上皮化，有效促进了创面愈合。该研究为未来使用USCs衍生的外泌体治疗糖尿病创面和其他疾病提供了一个潜在的参考（图1）。论文第一作者为四川大学生物治疗全国重点实验室硕士生范明慧和四川大学华西医院博士后张秀珍。

图1 装载低氧外泌体的细胞外基质水凝胶用于糖尿病创面修复的示意图

作者制备了一种基于SIS化学改性后的SISMA水凝胶。该水凝胶在紫外光照条件下10s内即可由流动的液态转变为凝胶态。扫描电镜，流变和红外结果均显示水凝胶网络结构的形成。更重要的是，外泌体能够在水凝胶中缓慢释放长达3周时间，这有利于体内损伤的修复。此外，该水凝胶具有优异的生物相容性，其安全性足以用于进一步的体内实验。负载低氧诱导USCs外泌体的SISMA水凝胶体外促进了内皮细胞的增殖、迁移和成管。在糖尿病全层皮肤缺损模型中，该复合材料可以通过促进血管化，再上皮化和胶原沉积，显著加速创面愈合（图2）。

图2 负载低氧诱导USCs外泌体的SISMA水凝胶生物学功能评价

为了探讨低氧刺激如何介导外泌体促进组织修复的潜在机制，作者利用miRNA测序技术对外泌体进行了分析。结果显示，低氧条件改变了外泌体内miRNA的功能谱，特别是miR-486-5p的上调。根据先前的研究，miR-486-5p在血管生成中起作用，作者使用了三个在线数据库预测miR-486的靶基因，如图所示，SERPINE1由三个数据库同时预测。结合荧光素酶报告分析结果，证实SERPINE1是miR-486-5p的靶基因。体外成管挽救实验结果表明，SERPINE1的沉默可以消除miR-486-5p抑制剂对HUVECs迁移和成管产生的不利影响（图3）。

图3 低氧刺激介导外泌体促进血管新生的机制探究

结语

近年来，鉴于MSCs外泌体在安全性和使用便捷性方面占据的优势，为多种疾病治疗开阔了新的思路和方法。该研究选取的USCs是一种来源广泛、可无创获取的MSCs，作者不仅通过低氧预处理增强了其外泌体治疗潜能，还开发了一种新型的细胞外基质水凝胶SISMA用于递送外泌体，解决了外泌体易降解的问题，大大提高了治疗效率。同时，作者首次对常氧/低氧USCs的外泌体进行了全面的miRNA测序，发现了一种促血管生成的新机制，这为未来使用USCs衍生的外泌体治疗糖尿病创面和其他疾病提供了一个潜在的参考。

通讯作者

解慧琪研究员：四川大学二级教授、博士生导师，四川大学华西医院生物治疗全国重点实验室干细胞与组织工程研究中心主任，骨科研究所副所长。“教育部重要人才计划”特聘教授，四川省学术和技术带头人，天府科技领军人才，首届转化医学创新奖获得者，国家重点研发计划项目负责人。长期从事组织工程学研究，致力于组织修复再生及细胞外基质材料研究与转化。主持包括国家重点研发计划、国家自然科学基金等在内的30余项课题，以第一/通讯作者发表学术论文120余篇，主编英文专著1部，参编10余部，获国家发明专利授权30余项。带领团队将研究成果成功转化，获批国家药品监督管理局三类医疗器械产品注册证书5项，另有5项正在进行多中心临床试验。

原文链接：

https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0142961224004277