西安交通大学：FEP@exo——一种新的基于外泌体的水凝胶敷料用于糖尿病伤口愈合和皮肤重建

糖尿病伤口愈合是临床和研究中的难题之一。 通过生物活性敷料递送脂肪基质细胞衍生的外泌体，是糖尿病伤口修复的一种潜在策略。 来自西安交通大学雷波课题组和温州医科大学毛葱课题组的研究人员开发了一种可注射、具生物活性、抗菌、抗紫外线的纳米敷料用于外泌体的释放，实现了血管新生和糖尿病伤口愈合过程。 该研究发表于ACS Nano杂志 上（影响因子13.903）。

 

糖尿病在全世界范围内的高发，也伴随着糖尿病并发症等严重的问题，威胁着患者的健康和生活质量。高血糖引起的微血管功能障碍可能是导致糖尿病并发症的主要原因之一，造成缺血以及伤口愈合速度减慢。一般来说，伤口愈合经历三个典型的阶段，包括炎症、增殖和基质重塑，这些需要血管为愈合过程的顺利进行提供的营养和氧气支持。因此，改善糖尿病患者伤口血管生成和血运重建对于加速伤口愈合至关重要。糖尿病性伤口（diabetic wounds）的传统临床治疗方法包括控制血糖、手术清创、血管移植和创伤敷料，而移植血管的早期重建决定了手术成功和后期愈合情况。通常，生长因子治疗如碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）和血管内皮生长因子（VEGF）能帮助血管生成以及糖尿病伤口愈合更快。然而，生长因子的递送、剂量和价格是其应用的障碍。因此，迫切需要新的策略来促进伤口组织中的血管生成和新血管形成来治疗糖尿病伤口。

 

来自间充质干细胞（MSCs）的外泌体有助于伤口愈合。MSC衍生的外泌体是纳米级细胞外囊泡，具有与MSC类似的有益功能。此外，与MSCs相比，外泌体显示出一些独特的优势，例如免疫原性低、稳定性高、易于储存。很多研究已证明使用外泌体作为伤口愈合疗法的潜力。相对于骨髓来源的MSCs，脂肪来源的MSCs（ADSCs）具有特殊的优势，如易于获得和丰富的来源。来源于人ADSCs的外泌体能够通过优化成纤维细胞的功能加速皮肤伤口愈合。另一项研究证实了人脐带血浆来源的外泌体（UCB-Exos）通过促进血管生成对伤口愈合的有益作用。然而，外泌体由于其在体内快速清除和相对较短的体内半衰期，将外泌体应用于伤口愈合仍然面临挑战。此外，由于组织再生过程通常需要很长时间，在此期间游离外泌体的存活率得不到保证。因此，开发一种能够维持外泌体活性以及持续释放的生物相容性支架，将对外泌体治疗伤口愈合是至关重要的。

 

生物医用水凝胶敷料作为一种生物相容性支架材料，已被广泛研究用于递送药物治疗伤口愈合和重建皮肤组织功能。水凝胶表现出典型的3-D交联网络结构、高药物包埋率和局部持续药物释放。目前已开发出可生物降解的水凝胶负载生物活性分子（如干细胞和抗氧化剂），用于诱导血管内皮生长因子和血管生成来加速糖尿病伤口愈合。由于目前对再生医学中先进生物材料的需求日益增加，多功能生物活性材料近年来备受关注。然而，大多数常规水凝胶通常表现出缺乏动态性质（例如自愈合和可注射）。另一方面，大多数水凝胶目前不具有伤口愈合、皮肤重建、包封药物联合的多功能性质。在伤口愈合中，理想的支架敷料应具有多功能特性，包括适当的机械性能和孔结构、抗菌活性、抗紫外线、止血能力、组织粘合、可注射和自愈合、可控制的生物降解、持续生物活性分子释放、优异的生物相容性等等。例如，支架敷料的可注射性和粘合能力表现出良好的可操作性，并且在愈合期间不会从伤口上脱落。敷料的自愈能力赋予它们在损伤后具有快速的自我恢复能力，并在伤口愈合期间保持稳定结构。敷料的抗菌活性具有抗感染、伤口积液吸收和气体交换。敷料的止血能力可以在组织损伤后迅速控制出血。此外，敷料的紫外线屏蔽性能可以保护细胞免受伤口愈合过程中紫外线辐射的伤害。支架敷料中生物活性因子的持续释放可有效促进糖尿病创面的早期血管生成并加速愈合。但是，仍未见用于糖尿病伤口愈合的多功能水凝胶敷料的研究报道。

 

在这项研究里，研究人员设计了一种热敏、可注射、可自我修复以及基于粘多糖的FEP水凝胶敷料，具有pH响应的外泌体持续释放，从而用于促进血管生成和糖尿病伤口愈合。FEP敷料具有多功能特性，包括有效的抗菌活性、快速止血能力、自我修复行为、组织粘合和良好的紫外线屏蔽性能。FEP@exosomes（FEP@exo）显著增强体外内皮细胞的增殖、迁移和血管形成。糖尿病皮肤伤口模型的体内结果显示，FEP@exo敷料通过刺激伤口组织的血管生成过程加速伤口愈合。此外，脂肪间充质干细胞（ADSC）衍生的外泌体可包装到该支架敷料中，并随着pH响应一起释放。该研究表明，像FEP@Exo敷料这种将生物活性分子结合到多功能敷料中在糖尿病和其他血管损伤相关伤口治疗中能够实现令人满意效果。

 

参考文献：Wang M, Wang C, Chen M, Xi Y, Cheng W, Mao C, Xu T, Zhang X, Lin C, Gao W, Guo Y, Lei B. Efficient Angiogenesis-Based Diabetic Wound Healing / Skin Reconstruction through Bioactive Antibacterial Adhesive Ultraviolet Shielding Nanodressing with Exosome Release. ACS Nano. 2019 Sep 9. 

doi: 10.1021/acsnano.9b03656.

【科研成长加油站】

国自然基金标书构思及撰写经验分享会（9/21-22 广州）

四天学会Nature级的图表及插图制作方法（2019/9/26-29   广州）

基因组编辑技术与斑马鱼模型在研究疾病发生机制中的运用  (9/20-22日 南京)

临床医师如何走出科研困境，快速入门科研？（9/21-22 上海）

国家自然科学基金申报失败原因分析与2020年前期准备及标书撰写规范化研讨班  （9/21-22  上海）

不做实验，不写meta分析，用这个方法轻轻松松发多篇SCI论文（9/21-22 上海）

用R语言进行科研数据挖掘（GEO，TCGA）实战会议（9/21-22 广州）

单细胞测序数据挖掘与课题设计学习班（10/12-13 上海）

系统评价与meta分析实战速成班（9/21-22 广州）

DNA甲基化与表观遗传学数据挖掘与分析学习会（10/26-27 上海）

不做实验不写meta，临床数据构建模型发表高分文章（2019/9/21-22）

你还在一个人孤独的学习meta分析吗？ （9/21-22 上海）

中药复方发表SCI如何突破5分大关（10/19-20 北京）

回复“外泌体” 阅读外泌体最新科研进展及动态

回复“EV” 阅读 2016-2018年This Week in Extracellular Vesicles

回复“盘点” 阅读 外泌体领域十大前沿进展盘点