作为治疗周围神经病变的纳米疗法策略：机械化学预处理的再生型细胞外囊泡

《Journal of Nanobiotechnology》：Mechanochemically primed regenerative extracellular vesicles as a nanotherapeutic strategy for peripheral neuropathy

　　

摘要

背景

周围神经病变是一种慢性神经系统疾病，其特征为炎症、神经损伤以及功能障碍。该病的发生与多种因素有关，包括创伤性神经损伤、癌症引起的神经性疼痛以及糖尿病性神经病变。尽管传统的二维培养法获得的间充质干细胞衍生的细胞外囊泡在治疗神经病变方面具有潜力，但其再生效果和一致性存在局限。因此，本研究提出了一种基于纳米生物学的神经再生医学治疗策略。

研究结果

在本研究中，首先使用转化生长因子β-3对间充质干细胞进行预处理，然后在三维动态培养系统中培养，从而制备出具有高度功能性的机械化学活化再生型细胞外囊泡（MCR-EVs）。在伴有脱髓鞘的体外脊髓切片损伤模型中，MCR-EVs被切片内的细胞吞噬，与传统的二维细胞外囊泡相比，能显著减少细胞死亡。此外，MCR-EVs还能促进受损脊髓切片中轴突结构的恢复以及促生存信号的传递，这体现在神经丝蛋白M的免疫反应性升高、蛋白激酶B的磷酸化水平恢复以及生长相关蛋白43的表达增加上。在由慢性压迫损伤引发的小鼠周围神经病变模型中，MCR-EVs相比传统二维细胞外囊泡展现出更强的治疗效果：接受MCR-EVs治疗的组别中，肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-1β、白细胞介素-6以及环氧化酶-2等促炎基因的表达水平下降，同时小胶质细胞的激活和细胞死亡也得到抑制。此外，轴突结构也得以恢复，表现为神经丝重链、神经元特异性III类β-微管蛋白以及神经元一氧化氮合酶的表达增加。接受MCR-EVs治疗的组别中，施万细胞相关标志物（S100β、髓鞘碱性蛋白以及髓鞘相关糖蛋白）的表达也有所上升，神经肌肉结构得到维持，血小板内皮细胞粘附分子1的表达水平也升高。进一步通过小RNA测序发现，MCR-EVs中存在若干可能与神经再生、炎症反应以及疼痛调节相关的miRNAs。

结论

这些研究结果表明，MCR-EVs有助于髓鞘轴突的恢复以及周围组织的再生，进而保护内皮细胞。与传统二维细胞外囊泡治疗相比，MCR-EVs能改善治疗效果，可能通过调控抗炎通路和神经再生通路来促进周围神经病变的康复。

图形摘要

背景

周围神经病变是一种慢性神经系统疾病，其特征为炎症、神经损伤以及功能障碍。该病的发生与多种因素有关，包括创伤性神经损伤、癌症引起的神经性疼痛以及糖尿病性神经病变。尽管传统的二维培养法获得的间充质干细胞衍生的细胞外囊泡在治疗神经病变方面具有潜力，但其再生效果和一致性存在局限。因此，本研究提出了一种基于纳米生物学的神经再生医学治疗策略。

研究结果

在本研究中，首先使用转化生长因子β-3对间充质干细胞进行预处理，然后在三维动态培养系统中培养，从而制备出具有高度功能性的机械化学活化再生型细胞外囊泡（MCR-EVs）。在伴有脱髓鞘的体外脊髓切片损伤模型中，MCR-EVs被切片内的细胞吞噬，与传统的二维细胞外囊泡相比，能显著减少细胞死亡。此外，MCR-EVs还能促进受损脊髓切片中轴突结构的恢复以及促生存信号的传递，这体现在神经丝蛋白M的免疫反应性升高、蛋白激酶B的磷酸化水平恢复以及生长相关蛋白43的表达增加上。在由慢性压迫损伤引发的小鼠周围神经病变模型中，MCR-EVs相比传统二维细胞外囊泡展现出更强的治疗效果：接受MCR-EVs治疗的组别中，肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-1β、白细胞介素-6以及环氧化酶-2等促炎基因的表达水平下降，同时小胶质细胞的激活和细胞死亡也得到抑制。此外，轴突结构也得以恢复，表现为神经丝重链、神经元特异性III类β-微管蛋白以及神经元一氧化氮合酶的表达增加。接受MCR-EVs治疗的组别中，施万细胞相关标志物（S100β、髓鞘碱性蛋白以及髓鞘相关糖蛋白）的表达也有所上升，神经肌肉结构得到维持，血小板内皮细胞粘附分子1的表达水平也升高。进一步通过小RNA测序发现，MCR-EVs中存在若干可能与神经再生、炎症反应以及疼痛调节相关的miRNAs。

结论

这些研究结果表明，MCR-EVs有助于髓鞘轴突的恢复以及周围组织的再生，进而保护内皮细胞。与传统二维细胞外囊泡治疗相比，MCR-EVs能改善治疗效果，可能通过调控抗炎通路和神经再生通路来促进周围神经病变的康复。

图形摘要