用于治疗辐射引起的骨损伤的微滴介导的外泌体递送系统

《Journal of Biological Engineering》：Microdroplet-mediated exosome delivery system for the therapeutic management of radiation-induced bone damage

　　

摘要

辐射引起的骨骼退化与骨质流失仍是重大的临床难题。尽管源自人类骨髓间充质基质细胞的外泌体（MSC-Exos）具有作为无细胞疗法的巨大潜力，但其稳定性较差且递送效率低，制约了其实际应用。本研究开发了一种基于微滴的外泌体递送平台（MD/Exos），并系统评估了其在辐射应激条件下的保护作用。通过透射电子显微镜和西方印迹分析，成功分离并鉴定了MSC-Exos。荧光成像和共聚焦显微镜检测表明，巨噬细胞和hBMSCs都能高效摄取MSC-Exos。MD/Exos是通过将外泌体包裹在牛血清白蛋白稳定的微滴中制备而成的。细胞相容性试验显示，MD/Exos对巨噬细胞没有明显的细胞毒性。在功能层面，MD/Exos显著提升了受辐射hBMSCs的存活率、代谢活性以及细胞骨架的完整性。值得注意的是，MD/Exos还能显著促进辐射后的成骨分化，表现为碱性磷酸酶活性上升、矿化基质沉积增加以及与成骨相关的基因表达升高。同时，MD/Exos通过抑制异常的多核巨细胞形成并减少促炎细胞因子的表达，调节了巨噬细胞对辐射的反应。在体内实验中，于辐射诱导的骨损伤模型中给予MD/Exos，可显著减轻骨质流失并促进骨再生，表现为骨微结构得以保留、破骨细胞活性降低以及肿瘤坏死因子-α的表达下降。进一步的体内细胞因子分析显示，与受辐射对照组相比，MD/Exos处理能显著降低促炎细胞因子水平。综上所述，这些研究结果表明，MD/Exos是一种生物相容性好且高效的外泌体递送平台，能够缓解辐射引起的细胞功能障碍、增强成骨作用，并调节免疫与骨骼之间的相互作用。本研究凸显了MD/Exos作为预防和治疗辐射诱导性骨质流失的新策略的潜在治疗价值。

图形摘要

辐射引起的骨骼退化与骨质流失仍是重大的临床难题。尽管源自人类骨髓间充质基质细胞的外泌体（MSC-Exos）具有作为无细胞疗法的巨大潜力，但其稳定性较差且递送效率低，制约了其实际应用。本研究开发了一种基于微滴的外泌体递送平台（MD/Exos），并系统评估了其在辐射应激条件下的保护作用。通过透射电子显微镜和西方印迹分析，成功分离并鉴定了MSC-Exos。荧光成像和共聚焦显微镜检测表明，巨噬细胞和hBMSCs都能高效摄取MSC-Exos。MD/Exos是通过将外泌体包裹在牛血清白蛋白稳定的微滴中制备而成的。细胞相容性试验显示，MD/Exos对巨噬细胞没有明显的细胞毒性。在功能层面，MD/Exos显著提升了受辐射hBMSCs的存活率、代谢活性以及细胞骨架的完整性。值得注意的是，MD/Exos还能显著促进辐射后的成骨分化，表现为碱性磷酸酶活性上升、矿化基质沉积增加以及与成骨相关的基因表达升高。同时，MD/Exos通过抑制异常的多核巨细胞形成并减少促炎细胞因子的表达，调节了巨噬细胞对辐射的反应。在体内实验中，于辐射诱导的骨损伤模型中给予MD/Exos，可显著减轻骨质流失并促进骨再生，表现为骨微结构得以保留、破骨细胞活性降低以及肿瘤坏死因子-α的表达下降。进一步的体内细胞因子分析显示，与受辐射对照组相比，MD/Exos处理能显著降低促炎细胞因子水平。综上所述，这些研究结果表明，MD/Exos是一种生物相容性好且高效的外泌体递送平台，能够缓解辐射引起的细胞功能障碍、增强成骨作用，并调节免疫与骨骼之间的相互作用。本研究凸显了MD/Exos作为预防和治疗辐射诱导性骨质流失的新策略的潜在治疗价值。

图形摘要