利用外泌体和水凝胶促进晚期糖尿病伤口愈合

糖尿病是一种影响约13%美国成年人的广泛疾病，通常伴有伤口愈合受损等并发症。如果不加以控制，这可能会导致严重的后果，包括需要截肢

寻找有效治疗糖尿病伤口的挑战变得越来越紧迫。这种伤口的特点是长期炎症、缺氧和血管形成中断，这些都会导致恢复延迟。然而，生物医学研究的一个新前沿正指向外泌体作为一种潜在的解决方案

来自纽约大学Langone和纽约大学Tandon的一个团队，包括Jin Kim Montclare，已经开始探索外泌体，即微小的膜结合囊泡，作为有前景的治疗工具。这些纳米囊泡携带各种生物材料——核酸、蛋白质和脂质——使它们能够介导细胞间通讯并影响组织修复等过程

研究结果发表在《ACS应用生物材料》杂志上

具体而言，来源于间充质干细胞（MSCs）的外泌体，包括来自脂肪组织的外泌体外泌体，在动物模型中显示出促进伤口愈合的巨大潜力。它们的治疗效果似乎源于它们通过增强血管形成和促进成纤维细胞和内皮细胞等细胞的活性来减少炎症和促进愈合友好环境的能力，这些细胞对组织修复至关重要

外泌体的一个主要优势是它们能够绕过与传统干细胞疗法相关的一些风险，如不受控制的细胞生长或免疫排斥。然而，尽管有希望，外泌体通常需要重复给药——无论是皮下注射还是静脉注射——这对长期伤口管理构成了挑战

Montclare的团队一直在探索提高外泌体治疗潜力的创新方法，其中一种方法是将其与水凝胶结合。水凝胶由交联聚合物网络组成，可以将外泌体包裹在其结构中。这种封装使外泌体能够直接在伤口部位更持久和局部地释放，而不需要侵入性注射

水凝胶因其生物相容性和为伤口水合的能力而得到认可，使其本身可用作伤口敷料。当与外泌体结合时，它们的治疗效果显著提高，特别是对于糖尿病伤口

最近的研究表明，水凝胶外泌体组合始终比单独使用水凝胶或外泌体更快地闭合伤口。这些水凝胶系统不是基于蛋白质的，但基于蛋白质的水凝胶技术的最新进展为改善伤口愈合开辟了新的可能性

通过使用先进的计算工具（如Rosetta评分和Poisson-Boltzmann静电势计算）微调蛋白质序列，他们能够提高凝胶的机械性能、稳定性和形成速度——这是创造理想伤口敷料的关键因素

为了进一步推动这种方法，他们设计了一种Q水凝胶的变体，称为Q5，使用自动选择方法来优化其稳定性。他们将外泌体包裹在Q5内，创造了一种新的水凝胶外泌体系统，称为Q5Exo。该系统提供了一种局部、非侵入性伤口敷料，有望比依赖注射的传统方法更有效地治疗糖尿病伤口

在使用糖尿病小鼠模型的研究中，与通过注射给药的外泌体相比，Q5Exo在局部应用时显著缩短了愈合时间。这表明，基于蛋白质的水凝胶具有可调节的特性，可以成为增强糖尿病伤口愈合效果的强大平台

随着研究的继续，这种水凝胶可以为新一代生物相容性、高效的伤口敷料铺平道路，利用外泌体的治疗能力 More information: Dustin Britton et al, Exosome Loaded Protein Hydrogel for Enhanced Gelation Kinetics and Wound Healing, ACS Applied Bio Materials (2024). DOI: 10.1021/acsabm.4c00569