慢性糖尿病傷口主要由感染、炎癥和血管生成相關(guān)疾病引起。治療慢性糖尿病傷口的理想方法是結合抗感染策略、免疫微環(huán)境調節和促進(jìn)血管生成。血管內皮生長(cháng)因子(VEGF)可以促進(jìn)血管內皮細胞的增殖和遷移,從而促進(jìn)血管生成。然而,其穩定性低,不能靶向病灶,限制了其應用。多形核中性粒細胞衍生外泌體(PMNExo)具有良好的遞送特性,可用于VEGF的治療遞送,此外,它們還保留了多形核中性粒細胞(PMN)的抗菌能力。然而,低PMNExo生成阻礙了其治療應用。本文作者Yanzhen Yu等采用了擠壓法制備了PMNs外泌體模擬物(EM),成功在Journal of Nanobiotechnology上發(fā)表篇名為An injectable, activated neutrophil-derived exosome mimetics/extracellular matrix hybrid hydrogel with antibacterial activity and wound healing promotion effect for diabetic wound therapy的研究成果,將VEGF封裝的活化中性粒細胞外泌體模擬物(aPMNEM)裝入ECM,以開(kāi)發(fā)用于治療慢性傷口的VEGF-aPMNEM-ECM混合水凝膠。下面小編帶大家了解一下本文的主要研究成果。
01:VEGF-aPMNEM-ECM混合水凝膠的制備與表征
在本研究中,作者將VEGF封裝的活化中性粒細胞外泌體模擬物(aPMNEM)裝入ECM,以開(kāi)發(fā)用于治療慢性傷口的VEGF-aPMNEM-ECM。首先對納米材料進(jìn)行合成,而后驗證aPMNEM的質(zhì)量,作者使用了TEM,Western blotting, NTA和Zeta電位測量進(jìn)行了表征。TEM和NTA結果顯示,aPMNEM的直徑約為160nm,與PMNExo、aPMNExo和PMNEM的大小相似。Zeta電位測量顯示,aPMNEM的電位約為-40 mV,與PMNExo、aPMNExo和PMNEM的表面膜電位相似。為了量化aPMNEM的產(chǎn)量,作者測量了由相同數量的細胞通過(guò)NTA產(chǎn)生的PMNExo、aPMNExo、PMNEM和aPMNEM的數量。NTA顯示,通過(guò)多層過(guò)濾擠出生產(chǎn)的aPMNEM產(chǎn)量約為aPMNExo產(chǎn)量的10倍。接下來(lái),為了研究aPMNEM的質(zhì)量,作者進(jìn)行了4D無(wú)標記定量蛋白質(zhì)組學(xué)分析,并通過(guò)主成分分析(PCA)、火山圖分析和熱圖分析比較了aPMNEM和PMNExo的蛋白質(zhì)含量。PCA顯示aPMNEM和PMNExo蛋白含量不同。此外,蛋白質(zhì)組學(xué)分析發(fā)現,與PMNExo相比,aPMNEM中有1807種不同的蛋白質(zhì)類(lèi)型具有顯著(zhù)差異。與PMNExo相比,aPMNEM中差異表達的蛋白中有1501個(gè)蛋白上調(折疊變化>2),306個(gè)蛋白下調(折疊變化>2)。GO注釋分析顯示aPMNEM與PMNExo具有相似的生物過(guò)程、細胞成分和分子功能。在殺菌相關(guān)蛋白中,中性粒細胞明膠酶相關(guān)脂鈣蛋白(LCN2)、溶菌酶(LYZ)和肽聚糖識別蛋白(PGLYRP1)上調,而補體C3(C3)、髓過(guò)氧化物酶(MPO)和補體C4-B(C4B)在PMNEM中與PMNExo相比下調。最后作者通過(guò)物理冷凍結合SDS-Triton洗脫法制備了溫度敏感的ECM水凝膠。
02:aPMNEM分子清創(chuàng )
作者通過(guò)4D無(wú)標記定量蛋白質(zhì)組學(xué)進(jìn)行分析,分析其蛋白質(zhì)含量來(lái)確定aPMNEM的組成。結果顯示,aPMNEM含有3386個(gè)蛋白,通過(guò)分子功能分析發(fā)現,這些蛋白參與了氧化還原酶的活性,這可能是aPMNEM具有抗菌活性的原因之一。而后為了驗證aPMNEM的抑菌能力,作者首先在體外研究了aPMNEM對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的菌落生長(cháng)抑制作用。研究結果表明,aPMNEM處理3小時(shí)可有效抑制體外培養的大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的生長(cháng),破壞細菌細胞壁結構。隨后,用aPMNEM治療大腸桿菌和金黃色葡萄球菌感染的大鼠傷口。組織的Giemsa結果顯示,aPMNEM成功地抑制了細菌在體內的生長(cháng),這與aPMNEM體外抑菌試驗的結果相吻合。為了評估aPMNEM的抗炎作用,作者測定了對照組和aPMNEM組感染創(chuàng )面和血漿中腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細胞介素(IL)-1β和IL-6水平在24和48 h時(shí)的變化。qPCR結果顯示,對照組和aPMNEM組感染創(chuàng )面中炎癥因子水平在24 h時(shí)無(wú)顯著(zhù)變化。
03:VEGF-aPMNM - ECM對體內重要器官的影響及生物分布
為了驗證VEGF-aPMNM-ECM的生物相容性,作者通過(guò)H&E染色法觀(guān)察這些器官的生理結構變化。結果顯示,與PBS處理的對照組相比,VEGF-aPMNM-ECM對SD大鼠全層皮膚創(chuàng )面模型無(wú)明顯的病理改變,說(shuō)明VEGF-aPMNM-ECM對SD大鼠全層皮膚創(chuàng )面模型無(wú)毒性作用。同時(shí)使用了小動(dòng)物體內成像驗證VEGF - aPMNEM在創(chuàng )面的生物分布,顯示出aPMNEM在傷口部位保持48小時(shí)的功能,并且不隨時(shí)間擴散。
04:VEGF-aPMNEM-ECM在皮膚傷口愈合中的體內體外應用能力探究
作者建立大鼠全層皮膚創(chuàng )面模型,并給予多種治療。結果顯示,與其他治療方法相比,VEGF-aPMNEM-ECM治療可能更能促進(jìn)創(chuàng )面愈合。治療14天后取出創(chuàng )面組織,進(jìn)行H&E和Masson染色、免疫組化分析和免疫熒光(IF)分析。H&E染色結果證實(shí),四組中VEGF-aPMNEM-ECM處理傷口邊緣最短,上皮化程度最高。Masson染色結果顯示,與其他三組相比,VEGF-aPMNEM-ECM組傷口部位膠原沉積最多,膠原排列更有序。通過(guò)CD31和α-SMA抗體的免疫組化和IF 分析,VEGF-aPMNEM-ECM治療組血管數量最多,其次是ECM和aPMNEM-ECM治療組,PBS治療組血管數量較少。這些結果表明VEGF-aPMNEM-ECM通過(guò)促進(jìn)血管生成來(lái)促進(jìn)皮膚傷口愈合。為了證實(shí)VEGF-aPMNEM-ECM對內皮細胞血管生成的治療潛力,作者使用VEGF-aPMNEM-ECM進(jìn)行了血管形成實(shí)驗。結果表明,VEGF-aPMNEM-ECM促進(jìn)了血管內皮細胞向血管的轉化,VEGF-aPMNEM-ECM組血管總長(cháng)度和支管長(cháng)度最長(cháng)。
VEGF-aPMNEM-ECM在皮膚傷口愈合中的體內體外應用能力探究
05:VEGF-aPMNEM-ECM對炎癥微環(huán)境的體內調節作用
VEG為了確定ECM的組成,作者通過(guò)進(jìn)行4D無(wú)標記定量蛋白質(zhì)組學(xué)分析來(lái)分析ECM的蛋白質(zhì)含量。在ECM水凝膠中共發(fā)現112種蛋白質(zhì)。生物信息學(xué)研究揭示了ECM與“細胞外成分"之間的相關(guān)性。根據以往的研究,那些數量較多的蛋白,如膠原I,可使M1巨噬細胞轉化為M2巨噬細胞。CD86 (M1巨噬細胞表面標記物)和CD206 (M2巨噬細胞表面標記物)抗體IF分析結果證實(shí),ECM、aPMNEM - ECM和VEGF-aPMNEM-ECM治療組顯著(zhù)誘導M1巨噬細胞向M2巨噬細胞轉化;但三組間無(wú)明顯差異。
綜合實(shí)驗結果我們不難看出,此研究成功開(kāi)發(fā)了一種新型的VEGF-aPMNEM-ECM生物材料,用于治療慢性糖尿病傷口。該材料利用PMN衍生的外泌體模擬物作為載體,保護VEGF免受降解,并通過(guò)ECM水凝膠延長(cháng)其在傷口部位的駐留時(shí)間,且在促進(jìn)傷口愈合方面顯示出良好的生物相容性和生物安全性。作者團隊研究開(kāi)發(fā)的VEGF-aPMNEM-ECM納米材料為糖尿病創(chuàng )傷治療提供了一個(gè)有前景的平臺,通過(guò)在aPMNEM-ECM中加載各種可用的細胞因子,有潛力應用于不同疾病的治療,為糖尿病傷口治療提供了新的策略。
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