综述:外泌体作为伤口愈合的新兴治疗平台:现状、进展与未来展望

【字体: 时间:2025年10月10日 来源:Tissue and Cell 2.7

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  本综述系统探讨了外泌体(Exosomes)在伤口愈合中的前沿应用,重点剖析了其作为细胞间通讯介质与无细胞治疗载体的潜力。文章涵盖外泌体促进血管生成(Angiogenesis)、胶原合成与炎症调节的分子机制,并评述了工程化外泌体、生物材料整合及临床转化面临的挑战(如标准化生产与安全性),为再生医学提供新视角。

  
伤口愈合生物学
皮肤损伤后的愈合过程是一个高度动态且复杂的细胞信号传导过程,包含四个重叠阶段:止血、炎症、增殖和重塑。这一过程依赖于细胞与细胞外基质(ECM)之间的精密互动,最终表现为组织再生或瘢痕形成。值得注意的是,成人皮肤通常丧失了完全再生正常皮肤结构的能力,因此亟需开发能够有效引导修复过程的新型治疗策略。
外泌体作为伤口愈合管理的药物载体
与传统药物递送系统(如聚合物纳米粒和脂质体)相比,外泌体作为内源性的纳米级细胞外囊泡(30–150 nm),展现出非凡的生物相容性、低免疫原性和卓越的穿越生物屏障的能力。它们能够有效封装并递送多种治疗性分子,包括蛋白质、mRNA和microRNA(miRNA),并将其直接运送到靶细胞,从而在伤口部位实现精准治疗。其天然的归巢能力进一步使其成为理想的“智能”药物递送平台。
干细胞来源的外泌体
间充质干细胞(MSCs)因其强大的自我更新和多向分化潜能,在皮肤再生领域备受关注。然而,直接进行干细胞移植存在成本高、有形成肿瘤(tumorigenicity)的风险以及伦理问题。大量证据表明,MSCs的治疗益处主要源于其旁分泌作用,即其分泌的外泌体(MSC-exos)。这些外泌体富含生长因子和调控性miRNA,能够模拟亲本细胞的功能,有效调节炎症细胞、增强成纤维细胞、角质形成细胞和内皮细胞的活性,并优化胶原蛋白I与III的比例,从而促进再生性重塑,成为一种极具前景的无细胞治疗替代方案。
外泌体在伤口管理中的分子水平通路解析
外泌体通过其携带的生物活性物质精细调控伤口愈合的各个阶段。例如,它们可以通过传递特定的miRNA来调控基因表达,影响炎症反应、促进血管新生(Angiogenesis)和细胞迁移。MSC来源的外泌体已被证明能通过直接传递其内部货物并随后控制下游信号通路(如Wnt/β-catenin、PI3K/Akt和TGF-β/Smad通路)来有效促进组织再生。这种分子层面的调控是其能够加速愈合、减少瘢痕形成的核心机制。
用于外泌体伤口愈合管理的生物材料
为了克服外泌体在伤口部位快速清除的局限性,各种生物材料被开发出来作为其递送载体。这些材料包括水凝胶、纳米纤维网、薄膜和脱细胞支架等。它们能够提供机械支撑,模拟天然细胞外基质,并实现外泌体的可控释放。将外泌体与壳聚糖等生物相容性聚合物结合,可以进一步增强其稳定性、保留时间和治疗效能,为开发智能伤口敷料奠定了基础。
工程化外泌体:在伤口愈合中的应用
天然外泌体虽然功能强大,但仍面临快速清除、脱靶效应和载药效率限制等挑战。通过生物工程手段对天然外泌体进行改造,可以生产出工程化外泌体。这些技术包括预处理亲本细胞、对外泌体进行直接修饰(如表面锚定靶向肽)或通过电穿孔、超声等方法主动加载治疗药物。工程化旨在增强外泌体的靶向性、稳定性和治疗载荷能力,从而最大化其治疗潜力。
外泌体在伤口愈合治疗中的临床应用
外泌体在小鼠、大鼠、兔和大犬等多种动物模型中已被证明能有效治疗糖尿病溃疡等慢性伤口,展示了巨大的临床转化前景。然而,其在人类医学中的应用仍处于早期阶段。根据ClinicalTrials.gov的注册信息,相关的人体临床试验数量仍然有限,这凸显了在迈向广泛临床应用之前,需要在标准化、安全性和大规模生产方面进行更深入的研究。
安全考虑
尽管外泌体治疗前景广阔,但其安全性必须得到充分评估。关键考虑因素包括:①免疫源性:虽然通常低于 whole cells,但同种异体来源的外泌体仍可能引发免疫反应;②剂量依赖性毒性:需要确定最佳治疗窗口;③肿瘤生成风险:特别是当使用来源于肿瘤细胞或永生化细胞系的外泌体时;④感染风险:确保制备过程无病原体污染。建立严格的质量控制标准是推动其临床转化的必要条件。
结论与未来展望
外泌体作为一种新兴的再生医学治疗平台,在加速伤口愈合、改善组织修复质量方面展现出巨大潜力。它们通过调控血管生成、胶原合成、炎症和瘢痕形成等多重机制发挥作用。未来的研究需要着力于解决其大规模生产的标准化、载药效率的提升、长期安全性的评估以及监管框架的建立等挑战。随着生物工程和材料科学的进步,工程化外泌体与智能生物材料的结合,有望为慢性伤口患者带来下一代革命性的治疗方案。
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