重组人源胶原蛋白水凝胶负载不同干细胞外泌体：创伤治疗新突破

为解决创伤愈合慢及优化外泌体和水凝胶治疗效果的问题，研究人员开展重组人胶原蛋白（RHC）水凝胶负载不同间充质干细胞（MSC）外泌体促进创伤愈合研究，发现脐带间充质干细胞外泌体（ucMSC - exos）效果最佳，为临床应用提供重要价值。

　　在日常生活中，我们难免会受伤，小伤口通常能很快愈合，但有些伤口却愈合缓慢，不仅给患者带来身体上的痛苦，还造成经济负担。目前，为加速伤口闭合和修复，多种生物制剂应运而生，像间充质干细胞（Mesenchymal Stem Cells，MSCs）、重组蛋白、外泌体（Exosomes）、富血小板血浆和生长因子等。其中，MSC 外泌体作为一类由 MSC 分泌的、直径在 40 - 160nm 的细胞外囊泡，富含 miRNAs、蛋白质、酶和代谢物等生物活性物质，在创伤治疗方面展现出巨大优势，比如能减轻炎症、促进血管生成、加速细胞增殖和迁移。然而，由于干细胞种类繁多，不同细胞来源的外泌体在创伤治疗中的比较治疗效果鲜少有人研究。而且，大多数用于封装外泌体的水凝胶是合成的非天然材料，在安全性和免疫原性方面存在争议。因此，优化外泌体和水凝胶以提高创伤治疗效果迫在眉睫。

为了解决这些问题，东南大学附属南京鼓楼医院、南京大学医学院等机构的研究人员开展了一项关于重组人胶原蛋白（Recombinant Human Collagen，RHC）水凝胶负载不同 MSCs 来源外泌体促进创伤愈合的研究，相关成果发表在《Journal of Nanobiotechnology》上。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先，通过超速离心法从人脂肪组织、骨髓和脐带的 MSCs 培养上清液中分离外泌体；接着，将甲基丙烯酸酐（Methacrylic Anhydride，MA）与 RHC 进行缩合反应合成 RHCMA 水凝胶，并对其进行多种表征；然后，运用细胞实验和动物实验评估水凝胶及负载外泌体的性能。在细胞实验中，利用活 / 死染色、CCK - 8 检测等评估细胞活力和增殖，通过管形成实验和伤口划痕实验研究细胞的血管生成和迁移能力；在动物实验方面，建立大鼠皮肤缺损模型，用不同处理组进行治疗，通过拍照、组织学染色和免疫荧光分析评估伤口愈合效果。

在研究结果部分：

1. RHCMA 水凝胶的制备与表征：研究人员成功合成了 RHCMA 水凝胶，1H NMR 光谱验证了其结构。通过扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy，SEM）观察发现，随着 RHCMA 预凝胶浓度增加，水凝胶微孔尺寸减小。力学性能测试表明，浓度越高，水凝胶机械性能越强，如 10% 浓度时最大压缩应力为 47.9±6.6kPa，17.5% 浓度时增至 136.8±9.6kPa；同时，浓度增加会使水凝胶溶胀比降低，从 10% 时的 14.5±0.6 降至 17.5% 时的 7.3±1.0。综合考虑，10% RHCMA 水凝胶的理化性质与生物组织最为相似。
2. 外泌体的表征与细胞摄取：透射电子显微镜（Transmission Electron Microscopy，TEM）显示，三种 MSC 来源的外泌体均呈双分子层囊泡结构，膜完整，大小分布均匀。动态光散射实验表明，BMSC - exos、ADSC - exos 和 ucMSC - exos 的平均粒径分别为 102.6±3.4nm、103.8±3.3nm 和 103.1±3.8nm ，且 zeta 电位无显著差异。Western blot 验证了外泌体表面蛋白的表达。细胞摄取实验发现，随着 ucMSC - exos 剂量增加，人脐静脉内皮细胞（Human Umbilical Vein Endothelial Cells，HUVECs）内红色荧光信号增强，且摄取呈时间依赖性。
3. 体外细胞功能实验：炎症细胞因子检测发现，三种外泌体负载的水凝胶均能显著降低炎症细胞因子白细胞介素 - 1β（Interleukin - 1β，IL - 1β）和白细胞介素 - 6（Interleukin - 6，IL - 6）的表达水平。管形成实验显示，三种 MSC - exos@RHCMA 处理组均能促进 HUVECs 形成特征性的大孔网络结构，其中 ucMSC - exos@RHCMA 处理组的管状结构数量显著多于其他两组。伤口划痕实验结果表明，MSC - exos@RHCMA 能促进内皮细胞迁移，且 ucMSC - exos@RHCMA 组迁移速度最快。
4. 体内创伤愈合实验：在大鼠伤口模型实验中，将 1cm 的伤口分为五组，分别接受 PBS、RHCMA 水凝胶、BMSC - exos@RHCMA、ADSC - exos@RHCMA 和 ucMSC - exos@RHCMA 处理。结果显示，ucMSC - exos@RHCMA 处理组在愈合过程中伤口面积明显更小，伤口收缩速度最快。组织学分析表明，该组伤口修复进程加快，皮肤厚度增加，再生的胶原纤维排列更整齐，Masson 染色显示其胶原密度显著高于其他组。免疫荧光分析发现，三种 MSC - exos@RHCMA 处理均能下调 IL - 1β 和 IL - 6 表达，促进血管生成，且 ucMSC - exos@RHCMA 组 CD31（一种内皮细胞标记物）水平最高。

研究结论和讨论部分指出，研究人员成功制备了一种新型重组人胶原蛋白水凝胶，并负载不同来源的 MSC 外泌体。实验表明，10wt% 的水凝胶浓度具有最佳的机械性能和类似天然结构的溶胀特性。三种 MSC 外泌体均能在体外加速细胞增殖、迁移和血管生成，其中 ucMSC - exo 效果最佳，其次是 ADSC - exo。在大鼠伤口模型中，RHCMA 水凝胶负载 MSC 外泌体通过增强血管重建和胶原沉积促进了组织修复，最终实现了受损皮肤组织的再生。该研究为 MSC 来源外泌体在创伤治疗中的临床应用奠定了基础，凸显了新型水凝胶负载 ucMSC - exos 在组织修复和再生医学领域的巨大潜力。