脂肪来源干细胞细胞外囊泡通过两阶段"募集-激活"机制增强骨髓间充质干细胞归巢与成骨分化促进临界尺寸骨缺损修复

《Scientific Reports》：Adipose-derived stem cell-derived extracellular vesicles promote critical-sized bone defect repair by enhancing the homing of bone marrow mesenchymal stem cells

　　

摘要

临界尺寸骨缺损的修复仍然是临床上的一大挑战。作为无细胞的替代方案，脂肪来源干细胞来源的细胞外囊泡（ADSCs-EVs）很有前景，但其在促进骨修复方面的确切机制仍有待完全阐明。本研究调查了 ADSCs-EVs 是否通过促进骨髓间充质干细胞（BMSCs）的归巢和成骨分化来增强骨修复。分离 ADSCs-EVs 并与 BMSCs 共培养，以评估体外增殖、迁移和成骨分化。分析了关键基因表达（例如 Cxcr4、Runx2）。采用高弹性水凝胶在大鼠颅骨缺损模型中进行 EVs 的持续递送。通过活体成像监测小鼠骨髓来源间充质干细胞（mBMSCs）的归巢，并通过 micro-CT 和组织学评估骨再生。结果显示，ADSCs-EVs 促进了 BMSCs 的迁移和成骨，快速上调了归巢相关基因（Ccr7、Cxcr4），随后激活了成骨基因（Runx2、OPN）。在体内，与对照组相比，ADSCs-EVs/水凝胶复合物增强了 BMSCs 向缺损部位的募集，这与新生骨形成改善有关。本研究证明 ADSCs-EVs 在体外增强了 BMSCs 的迁移和成骨分化。在机制上，ADSCs-EVs 在 12 小时快速上调 BMSCs 中的归巢相关基因（Ccr7、Cxcr4、MMP9），随后在较晚时间点激活成骨基因（Runx2、OPN、OCN），揭示了一种两阶段“募集 - 激活”机制。当通过高弹性水凝胶递送时，ADSCs-EVs 促进了静脉注射的 BMSCs 在体内向临界尺寸骨缺损的募集，并通过生物发光成像观察到这一点。这些发现支持了一种结合 EVs 介导的归巢增强与细胞移植的策略，同时也暗示了对内源性细胞募集的潜在意义。