机械生物学工程化细胞外囊泡仿生体：改善类风湿关节炎全身分布及抗炎疗效的新策略

本研究创新性地通过聚乙二醇-聚己内酯-聚乙二醇（PEO-b-PCL-b-PEO）调控脂质/聚合物杂化囊泡（Tri-ARTEX）膜弹性，构建具有机械稳健性的细胞外囊泡（EV）仿生系统。半弹性Tri-ARTEX8:2在胶原诱导关节炎（CIA）模型中展现延长的血液循环、炎症关节靶向蓄积及协同抗炎效应，为克服类风湿关节炎（RA）病理微环境屏障提供新思路。

　　

摘要

研究团队开发了一种基于脂质/聚合物杂化系统的机械生物学工程化细胞外囊泡（EV）仿生体Tri-ARTEX，通过调控聚乙二醇-聚己内酯-聚乙二醇（PEO-b-PCL-b-PEO）比例精确控制膜弹性。该系统封装干细胞提取物（CE）和抗miR-155（AntagomiR155），在类风湿关节炎（RA）模型中展现出优化的生物分布和抗炎疗效。半弹性Tri-ARTEX_8:2表现出独特的性能平衡：较软版本（Tri-ARTEX_10:0）易被纤维化滑膜细胞外基质（ECM）捕获，而刚性版本（Tri-ARTEX_6:4）扩散效率低下。

1 引言

RA的特征包括滑膜ECM失调、促炎细胞因子风暴和血管异常。传统疗法存在靶向性差和系统毒性问题。虽然天然EV具有治疗潜力，但其生产标准化和结构稳定性受限。研究提出通过合成脂质体模拟EV功能，并首次系统探究膜弹性对RA治疗的调控作用。PEO-b-PCL-b-PEO的引入通过聚己内酯（PCL）段的结晶性增强膜机械强度，同时聚乙二醇（PEO）链提供隐形保护。

2 结果

2.1 Tri-LIPs和Tri-ARTEXs表征

通过差示扫描量热法（DSC）证实PEO-b-PCL-b-PEO使脂质双层熔融峰从56.4°C提升至更高温度。透射电镜显示所有制剂均形成粒径58-87 nm的球形颗粒，包封效率达55-65%。Western blot显示Tri-ARTEX富含凋亡链接蛋白ALIX和热休克蛋白Hsp70，但天然EV标志物CD63表达较低，证实其独特的仿生特性。

2.2 膜弹性调控机制

石英晶体微天平（QCM-D）显示随着PEO-b-PCL-b-PEO比例增加，吸附层厚度增加35%，粘度提升2倍。刚性最强的Tri-LIP_6:4表现出典型的纳米颗粒"过冲"吸附动力学，表明其抵抗形变能力最强。

2.3 细胞摄取特性

在LPS激活的Raw 264.7巨噬细胞中，刚性Tri-LIP_6:4表现出174%的摄取提升。但3D全息成像揭示中间弹性的Tri-ARTEX_8:2实现最佳胞内递送效率，其FITC标记mRNA的荧光强度是其他组的1.8倍，证实存在"机械性能阈值效应"。

2.4 CIA模型生物分布

Cy5.5标记实验显示Tri-ARTEX_8:2在炎症关节的蓄积量是刚性版本的2.3倍，且持续48小时。这种选择性蓄积归因于其通过渗漏血管外渗（ELVIS效应）和ECM穿透的平衡能力。

2.5 治疗效能评估

Tri-ARTEX_8:2治疗组关节肿胀评分降低76%，组织学显示滑膜炎症和骨侵蚀显著改善。ELISA检测显示其使促炎因子TNF-α和IL-6分别下降82%和79%，同时抗炎因子IL-10提升3.1倍。

2.6 协同抗炎机制

qPCR证实AntagomiR155通过抑制SHIP-1通路促进M1-to-M2巨噬细胞重编程，而CE通过旁分泌作用协同增强该效应。这种双重调控使M2标志物CD206表达达到M2对照组的89%。

3 讨论

研究创新点在于首次建立膜弹性-生物分布-疗效的定量关系。相较于肿瘤研究的EPR效应，RA的ELVIS效应更依赖载体的机械适应性。PEO-b-PCL-b-PEO的引入不仅增强稳定性，其降解产物ε-己内酯单体还具有已知的抗炎作用。

4 结论

该机械工程化策略为RA靶向治疗提供新范式，Tri-ARTEX_8:2的优化弹性使其能同时克服血液清除、ECM阻滞和细胞摄取屏障。未来研究可拓展至其他自身免疫疾病的治疗应用。

5 实验方法

关键技术包括：通过渗透压休克法制备干细胞CE；微型挤出器控制粒径分布；QCM-D量化纳米力学性能；以及胶原II型/弗氏完全佐剂诱导的DBA1/J小鼠CIA模型。所有动物实验遵循SKKUIACUC2022-07-35-1伦理规范。