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(jié)合抗感染策略、免疫微環(huán)境調(diào)節(jié)和促進(jìn)血管生成。血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)可以促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和遷移,從而促進(jìn)血管生成。然而,其穩(wěn)定性低,不能靶向病灶,限制了其應(yīng)用。多形核中性粒細(xì)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(xì)胞(PMN)的抗菌能力。然而,低PMNExo生成阻礙了其治療應(yīng)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(xì)胞外泌體模擬物(aPMNEM)裝入ECM,以開發(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(xì)胞外泌體模擬物(aPMNEM)裝入ECM,以開發(fā)用于治療慢性傷口的VEGF-aPMNEM-ECM。首先對(duì)納米材料進(jìn)行合成,而后驗(yàn)證aPMNEM的質(zhì)量,作者使用了TEM,Western blotting, NTA和Zeta電位測(cè)量進(jìn)行了表征。TEM和NTA結(jié)果顯示,aPMNEM的直徑約為160nm,與PMNExo、aPMNExo和PMNEM的大小相似。Zeta電位測(cè)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(cè)量了由相同數(shù)量的細(xì)胞通過NTA產(chǎn)生的PMNExo、aPMNExo、PMNEM和aPMNEM的數(shù)量。NTA顯示,通過多層過濾擠出生產(chǎn)的aPMNEM產(chǎn)量約為aPMNExo產(chǎn)量的10倍。接下來,為了研究aPMNEM的質(zhì)量,作者進(jìn)行了4D無標(biāo)記定量蛋白質(zhì)組學(xué)分析,并通過主成分分析(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(xiàn),與PMNExo相比,aPMNEM中有1807種不同的蛋白質(zhì)類型具有顯著差異。與PMNExo相比,aPMNEM中差異表達(dá)的蛋白中有1501個(gè)蛋白上調(diào)(折疊變化>2),306個(gè)蛋白下調(diào)(折疊變化>2)。GO注釋分析顯示aPMNEM與PMNExo具有相似的生物過程、細(xì)胞成分和分子功能。在殺菌相關(guān)蛋白中,中性粒細(xì)胞明膠酶相關(guān)脂鈣蛋白(LCN2)、溶菌酶(LYZ)和肽聚糖識(shí)別蛋白(PGLYRP1)上調(diào),而補(bǔ)體C3(C3)、髓過氧化物酶(MPO)和補(bǔ)體C4-B(C4B)在PMNEM中與PMNExo相比下調(diào)。最后作者通過物理冷凍結(jié)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4D無標(biāo)記定量蛋白質(zhì)組學(xué)進(jìn)行分析,分析其蛋白質(zhì)含量來確定aPMNEM的組成。結(jié)果顯示,aPMNEM含有3386個(gè)蛋白,通過分子功能分析發(fā)現(xiàn),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(yàn)證aPMNEM的抑菌能力,作者首先在體外研究了aPMNEM對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的菌落生長(zhǎng)抑制作用。研究結(jié)果表明,aPMNEM處理3小時(shí)可有效抑制體外培養(yǎng)的大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的生長(zhǎng),破壞細(xì)菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)。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(jié)果顯示,aPMNEM成功地抑制了細(xì)菌在體內(nèi)的生長(zhǎng),這與aPMNEM體外抑菌試驗(yàn)的結(jié)果相吻合。為了評(píng)估aPMNEM的抗炎作用,作者測(cè)定了對(duì)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(xì)胞介素(IL)-1β和IL-6水平在24和48 h時(shí)的變化。qPCR結(jié)果顯示,對(duì)照組和aPMNEM組感染創(chuàng)面中炎癥因子水平在24 h時(shí)無顯著變化。
03:VEGF-aPMNM - ECM對(duì)體內(nèi)重要器官的影響及生物分布
為了驗(yàn)證VEGF-aPMNM-ECM的生物相容性,作者通過H&E染色法觀察這些器官的生理結(jié)構(gòu)變化。結(jié)果顯示,與PBS處理的對(duì)照組相比,VEGF-aPMNM-ECM對(duì)SD大鼠全層皮膚創(chuàng)面模型無明顯的病理改變,說明VEGF-aPMNM-ECM對(duì)SD大鼠全層皮膚創(chuàng)面模型無毒性作用。同時(shí)使用了小動(dòng)物體內(nèi)成像驗(yàn)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(kuò)散。
04:VEGF-aPMNEM-ECM在皮膚傷口愈合中的體內(nèi)體外應(yīng)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(jié)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(jié)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(jié)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CD31和α-SMA抗體的免疫組化和IF 分析,VEGF-aPMNEM-ECM治療組血管數(shù)量最多,其次是ECM和aPMNEM-ECM治療組,PBS治療組血管數(shù)量較少。這些結(jié)果表明VEGF-aPMNEM-ECM通過促進(jìn)血管生成來促進(jìn)皮膚傷口愈合。為了證實(shí)VEGF-aPMNEM-ECM對(duì)內(nèi)皮細(xì)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(yàn)。結(jié)果表明,VEGF-aPMNEM-ECM促進(jìn)了血管內(nèi)皮細(xì)胞向血管的轉(zhuǎn)化,VEGF-aPMNEM-ECM組血管總長(zhǎng)度和支管長(zhǎng)度最長(zhǎng)。
VEGF-aPMNEM-ECM在皮膚傷口愈合中的體內(nèi)體外應(yīng)用能力探究
05:VEGF-aPMNEM-ECM對(duì)炎癥微環(huán)境的體內(nèi)調(diào)節(jié)作用
VEG為了確定ECM的組成,作者通過進(jìn)行4D無標(biāo)記定量蛋白質(zhì)組學(xué)分析來分析ECM的蛋白質(zhì)含量。在ECM水凝膠中共發(fā)現(xiàn)112種蛋白質(zhì)。生物信息學(xué)研究揭示了ECM與“細(xì)胞外成分”之間的相關(guān)性。根據(jù)以往的研究,那些數(shù)量較多的蛋白,如膠原I,可使M1巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)化為M2巨噬細(xì)胞。CD86 (M1巨噬細(xì)胞表面標(biāo)記物)和CD206 (M2巨噬細(xì)胞表面標(biāo)記物)抗體IF分析結(jié)果證實(shí),ECM、aPMNEM - ECM和VEGF-aPMNEM-ECM治療組顯著誘導(dǎo)M1巨噬細(xì)胞向M2巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)化;但三組間無明顯差異。
綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們不難看出,此研究成功開發(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(hù)VEGF免受降解,并通過ECM水凝膠延長(zhǎng)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(tuán)隊(duì)研究開發(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(tái),通過在aPMNEM-ECM中加載各種可用的細(xì)胞因子,有潛力應(yīng)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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