基于干细胞来源外泌体的递送和疾病治疗

　　

浙江大学药学院高建青教授团队在制剂领域专注于基于干细胞的靶向载体的研究方向进行深耕，牵头科技部重点研发计划课题、国家自然科学基金国际合作重点项目、国家自然科学基金区域创新联合基金重点项目、浙江省自然科学基金重大重点项目等，在Science Advances, Advanced Materials, ACS Nano, Journal of Controlled Release，Nano Today等期刊发表了一系列成果，并与医学院附属一院、天津医大总院、湘雅医院、长和生物、宁波希诺赛等临床单位和干细胞相关企业开展合作。近日，该团队在基于干细胞来源外泌体的递送和疾病治疗中取得新进展。

第一个进展基于和医学院附属妇产科医院张丹教授的合作。众所周知，宫腔粘连（IUA）是妇科常见、对生育功能严重危害并且治疗效果较差的宫腔疾病，严重影响育龄期女性生殖生理及身心健康。宫腔粘连常继发于流产及感染后，其病理特征是子宫内膜纤维化和过度的细胞外基质（ECM）沉积。目前IUA尚无有效的治疗手段。且在宫腔严重粘连的情况下，IUA的复发率高达20%-62.5%。因此，临床上迫切需求开发一种有效的治疗方法来减少子宫内膜纤维化和提高子宫内膜容受性，避免宫腔粘连及复发，进而改善临床妊娠结局。

团队基于临床样本分析，医药学科交叉，成功利用胎盘来源间充质干细胞外泌体搭载泊洛沙姆温敏凝胶（EXOs-HP），改善子宫内膜纤维化并促进子宫腔的再生修复。

研究团队在临床宫腔粘连患者子宫内膜中明确了关键纤维化标志物Vimentin、COL1A1、COL5A2，并研发了EXOs-HP缓释系统借助温敏凝胶，实现子宫原位成胶。胎盘来源的间充质干细胞外泌体被包载在温敏凝胶中，在子宫原位随泊洛沙姆凝胶成胶后停留在子宫腔，避免了外泌体因宫腔液冲刷或内膜周期性剥脱刷而导致的快速损失问题，有效延长了外泌体的作用时间。细胞实验表明EXOs-HP缓释系统可有效改善受损子宫内膜基质细胞的纤维化水平，减少纤维化标志物Vimentin、COL1A1、COL5A2的表达，提高子宫内膜腺细胞的增殖和血管内皮细胞的血管生成。动物实验也同样证实了EXOs-HP缓释系统可改善受损小鼠的子宫内膜的纤维化水平，提高子宫内膜厚度，进而促进受损子宫内膜的胚胎种植率。这项研究成果为宫腔粘连患者的修复治疗提供了高效抗纤维化治疗策略，经临床验证后有望为宫腔粘连患者带来福音，同时也为基于外泌体和干细胞的研究与疾病治疗提供新的启发。

第二个进展中采用低氧培养的神经干细胞来源的外泌体靶向治疗缺血性脑卒中。缺血性脑卒中具有高发病率、高致残率和高致死率等特点，是我国人民的主要死亡原因之一。其中，缺血性脑卒中占据80%以上，是由血流阻塞引起的脑内代谢障碍和组织坏死。其过度能量消耗和强烈的氧化应激在脑组织中形成复杂而严峻的疾病微环境，如何改善疾病微环境并促进神经再生成为疾病治疗的一大关键。

对干细胞进行预处理可以改变其外泌体的内容物，从而在不破坏外泌体结构和完整性的前提下，增强外泌体（EXO）的治疗功能。团队提出对神经干细胞（NSCs）进行低氧预处理，模拟缺血性脑卒中疾病部位低氧环境，收集预处理后NSCs来源的外泌体（H-EXO）用于治疗缺血性脑卒中。

通过透射电镜等检测EXO和H-EXO的形态和形貌，它们都是粒径约为100 nm的囊泡，且富集外泌体标记物CD9和CD63。当外泌体被静脉注射入大脑中动脉闭塞再灌注模型小鼠体内后，EXO和H-EXO均可在脑损伤区域积累，表现出良好的靶向能力，且H-EXO在损伤半脑皮质、海马和侧脑室的信号更为明显。

相较于不接受治疗的模型小鼠（生存率为0%），静脉注射H-EXO后，小鼠出现死亡的时间从第4天推迟到第7天，最终有87.5%的模型小鼠存活，比在EXO治疗的情况下所获得的生存率提高了25%。而且H-EXO对小鼠的感知功能和复杂运动能力恢复的效果也优于EXO。对于治疗终点的小鼠脑组织进行检测，结果显示H-EXO治疗显著减小模型小鼠脑内损伤区域，保护神经元并抑制神经胶质瘢痕的生成，治疗效果优于EXO。

进一步探究EXO与H-EXO内携载的miRNA是否存在区别。测序结果表明，其中82个表达有显著差异的miRNAs参与了神经再生，炎症调节，和细胞周期调节等相关生物通路，其候选靶基因参与了神经功能、肌肉功能、细胞生物学调节等。这些结果提示，使用低氧培养环境预处理干细胞，其来源的外泌体相较于未处理干细胞来源的外泌体，所携载的miRNA具有显著差异，在神经分化和微环境的炎症调控等方面可能具有更佳的调节能力。动物实验验证了H-EXO在修复受损血脑屏障、减轻脑部水肿、抑制脑内炎症、促进内源性神经干细胞分化等方面的功能，显示了其在综合调控疾病微环境方面的优势，为临床脑部疾病治疗提供一种新策略参考。

研究论文1：Exosome-Based Regimen Rescues Endometrial Fibrosis in Intrauterine Adhesions Via Targeting Clinical Fibrosis Biomarkers, Stem Cells Transl Med. 2023 Mar 17;12(3):154-168.doi: 10.1093/stcltm/szad007.

研究论文2：Biological nano agent produced by hypoxic preconditioning stem cell for stroke treatment, Nano Research. 2023, Feb 27. doi: 10.1007/s12274-023-5470-z