IF=11.5宇玫博外泌体培养基助力客户糖尿病创面修复研究！

2025-11-13 20:54
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近期,来自西安交通大学仿生工程与生物力学研究所的魏钊教授和马玉菲教授团队在Journal of Controlled Release杂志发表了题为“A dual-action strategy: Wound microenvironment responsive hydrogel and exosome-mediated glucose regulation enhance inside-out diabetic wound repair”的科研论文,IF=11.5。

研究背景:

1型糖尿病(Type 1 diabetes mellitus,T1DM)的特征是胰岛β细胞的自身免疫被破坏导致胰岛素分泌不足,引发持续高血糖,高血糖会导致神经和血管病变,并引起免疫功能障碍,使得创面极易发展为慢性溃疡,慢性溃疡是糖尿病患者最常见且严重的并发症之一,有骨骼感染、截肢甚至死亡的风险。现有的治疗方法(外科清创和负压创面治疗)在复杂的糖尿病创面环境中效果有限,主要挑战在于易发生细菌感染,过度的氧化应激和炎症影响创面微环境,以及血管生成障碍。近年来,各种方法被开发出来用来治疗糖尿病创面,包括抗菌疗法、被动收缩创面、干细胞疗法和各种创面敷料。在这些治疗方法中,多功能水凝胶敷料因其能提供湿润环境、负载药物、响应刺激等优点,成为研究热点。然而,当前绝大多数水凝胶策略存在一个根本性局限,它们主要专注于局部创面的处理,却忽视了糖尿病相关高血糖(胰腺β细胞功能障碍)这一根本致病因素的系统性调控,局部消耗葡萄糖并不能解决糖尿病本身导致的全身性高血糖问题。近年来,间充质干细胞(MSCs)在治疗T1 DM方面显示出显著的潜力,人脐带间充质干细胞外泌体(hucMSC-exos)作为MSCs的关键旁分泌产物,已被证明在一定程度上可调节糖尿病高激活的免疫微环境。然而,hucMSC-exos是否能有效地调节全身血糖水平,进而促进糖尿病创面的愈合仍不清楚。本研究探讨了双作用策略对糖尿病创面自内向外修复的促进作用及其机制,为今后糖尿病创面的临床应用提供了新的策略。

研究成果及意义:

在本研究中,作者首先制备了一种基于明胶-多巴胺(Gel-DA)和透明质酸-苯硼酸(HA-PBA)的水凝胶(GDHP),实验结果表明GDHP水凝胶展现出良好的可注射性、自愈性和组织粘附性,其力学性能与糖尿病小鼠皮肤组织相匹配。为了测试GDHP水凝胶的体外生物活性和生物相容性,作者进行了抗菌性,抗氧化性,抗炎性和细胞迁移等测试,结果发现该水凝胶表现出近乎100%的抗菌率,可显著降低细胞内活性氧水平,减少炎症因子IL-6的表达,并促进角质形成细胞的迁移,即使在高糖条件下也能发挥作用,且生物相容性良好。随后作者将盐酸环丙沙星(CIP⋅H)负载到GDHP水凝胶中,制备了GDHPC水凝胶,在模拟糖尿病创面微环境条件下,GDHPC水凝胶在低pH、高ROS、高葡萄糖条件下能快速降解,并触发CIP⋅H的快速释放,展现出按需抗菌性能。为了将来源于人脐带间充质干细胞的外泌体(hucMSC-exos)与GDHPC水凝胶结合起来用于糖尿病小鼠的创面治疗,作者提取并鉴定了hucMSC-exos,结果符合外泌体的特征,为后续的研究做好准备。为了评估GDHPC水凝胶和注射hucMSC-exos双作用策略对糖尿病创面的治疗效果,作者建立了1型糖尿病C57BL/6J小鼠皮肤缺损模型,并监测了创面愈合过程。结果发现治疗组的创面在第14天几乎完全愈合,而对照组的创面仍有部分开放;治疗组的创面在肉芽组织厚度、胶原沉积和表皮再生等方面均优于对照组。GDHPC水凝胶和hucMSC-exos注射的双重作用策略可以有效地促进肉芽组织的形成、胶原沉积和再上皮化,从而加速糖尿病创面的愈合。这表明GDHPC水凝胶与hucMSC-exos联合治疗显著促进了创面愈合,具体表现为创面收缩更快、愈合时间更短。从炎症期过渡到增殖期对糖尿病创面愈合至关重要,因为长期炎症会阻碍创面愈合进程,为了评估糖尿病创面愈合过程中的炎症状态,作者用免疫组织化学(IHC)法检测治疗7天后创面促炎细胞因子IL-6的表达,结果显示治疗组的创面表现出更低的炎症因子IL-6表达水平。为了进一步研究炎症调控,作者研究了创面愈合第7天M1巨噬细胞的标志物iNOS和M2巨噬细胞的标志物CD206的表达。结果表明GDHPC水凝胶和hucMSC-exos通过减少糖尿病创面M1巨噬细胞的比例并将其极化为M2巨噬细胞,在减轻炎症方面具有协同作用。血管生成是糖尿病创面愈合的一个重要因素,因为新形成的血管可以向受损组织输送氧气和营养。作者通过血管标记物CD31的IHC染色评估了创面愈合第14天的血管生成,并量化了CD31阳性区域的比例。结果发现治疗组在创面愈合的第14天显示出更丰富的血管生成,表现为CD31阳性区域的增加,这有助于提高创面愈合质量,GDHPC水凝胶不仅为糖尿病创面提供了物理屏障,而且还促进了血管生成,优化了愈合过程。总之,GDHPC水凝胶和hucMSC-exos注射的协同治疗方法可能是通过综合调节糖尿病创面微环境,提供多维治疗效果,加速糖尿病创面的愈合过程。持续性高血糖是糖尿病创面愈合的障碍,降低血糖可能有助于糖尿病创面的治疗而不会进一步恶化。为了研究尾静脉注射hucMSC-exos对糖尿病小鼠的降血糖作用,作者连续监测了不同治疗方法的糖尿病小鼠的血糖水平。结果发现注射hucMSC-exos能显著降低糖尿病小鼠的血糖水平,提高胰岛素的分泌能力。胰腺组织学分析显示,hucMSC-exos治疗可修复受损的胰岛,恢复其结构和功能,减少胰岛中的CD8+ T细胞数量,降低CD8+/CD4+比值,从而调节胰腺免疫微环境,减少免疫激活,保护胰岛β细胞,降低血糖水平。

综上所述,作者开发了一种双重作用策略,由创面微环境响应性、多功能水凝胶和MSC衍生的外泌体介导的葡萄糖调节组成,用于糖尿病创面的内向外修复。作者首先构建了基于硼酸酯键的水凝胶(GDHP水凝胶),该水凝胶具有与糖尿病小鼠皮肤组织相匹配的可调机械性能、注射能力、自我修复能力和组织粘附性。由于GDHP水凝胶中含有生物活性成分,因此还具有清除活性氧、调节炎症、促进角质形成细胞迁移等生物活性。随后,将盐酸环丙沙星(CIP⋅H)负载制备能够响应糖尿病创面生化微环境的GDHPC水凝胶,以触发CIP⋅H的控制释放,显示出按需抗菌性能。此外,注射hucMSC-exos可通过调节胰腺免疫微环境,促进胰腺损伤修复,有效提高糖尿病小鼠的血糖调节能力。最后,协同治疗策略GDHPC水凝胶和注射hucMSC-exos显著促进了糖尿病创面愈合,这种促进作用与减轻炎症和促进血管生成有关,从而导致有效的肉芽组织形成、胶原沉积和再上皮化。这项研究开发的双重作用策略通过结合局部创面微环境响应性水凝胶(GDHPC)和系统性的外泌体治疗(hucMSC-exos),从内到外改善糖尿病创面愈合。这种策略不仅通过缓解炎症、促进血管生成和胶原沉积来优化局部创面微环境,还通过调节血糖水平来改善整体代谢环境,从而显著提高了糖尿病创面愈合效率,并为未来临床糖尿病创面治疗提供了一种新的、有前景的治疗途径。

该研究中使用本公司的外泌体专用无血清培养基(货号:UR51102)对人脐带间充质干细胞进行培养,随后对hucMSC-exos进行了提取纯化,结果符合各检测指标要求,满足了客户下游实验需求。针对间充质干细胞培养,本公司后来又开发了外泌体专用间充质干细胞培养基(货号:UR51121)专门用于间充质干细胞的细胞上清获取。

参考文献:A dual-action strategy: Wound microenvironment responsive hydrogel and exosome-mediated glucose regulation enhance inside-out diabetic wound repair. Journal of Controlled Release. 2025 Jun 10:382:113716.