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发表于 2021-9-14 18:52:33 | 显示全部楼层 |阅读模式
科学家制造了具有天然功能的合成外泌体,并用于帮助伤口愈合

来自德国海德堡马克斯普朗克医学研究所(MPIMR)的科学家和亚琛莱布尼茨材料研究所的合作者设计了一种合成外泌体,可在伤口愈合过程中调节细胞信号。合成结构的构建类似于天然存在的细胞外囊泡 (EV),在我们身体的各种过程中,它们在细胞之间的交流中发挥着重要作用。科学家发现了EV在调节和帮助伤口愈合和新血管形成的关键机制。为此,他们从头开始设计和构建可编程的全合成 EV,而不是从细胞中分离天然的EV。受其天然蓝图功能的启发,科学家们首次成功证明可以构建具有治疗功能的全合成外泌体。

细胞之间良好的沟通对于像我们人类这样的多细胞生物来说是必不可少的。我们体内几乎所有的过程都需要细胞之间的协调相互作用,因为多细胞的集合形成了组织和器官,或者例如在免疫反应期间细胞与细胞一起协同工作。伤口愈合或新血管的形成也需要广泛的细胞-细胞信号传导,以确保协调的组织再生。为此,皮肤中的细胞采用多种机制相互交流。其中之一就是细胞外囊泡 (EV)。EV是细胞可以装载不同分子并释放以传递“信息”的小液滴或小室。在与其他细胞结合或被其他细胞吸收后,EV会释放这些信息。然而,对于细胞外囊泡通信背后的具体机制和复杂的信号传导过程知之甚少,这也是其治疗应用的主要限制因素。

全人工合成的细胞外囊泡

为了更好地了解EV,MPIMR 的科学家和合作团队选择了一种自下而上的合成生物学方法。在试管中,他们设计并组装了全合成的细胞外囊泡,以在形式和功能上精确模仿其自然角色模型。通过这种方式,他们旨在更好、更系统地评估EV在伤口愈合过程中的作用,并了解囊泡内每个成分的相关性和功能。他们使用脂滴的自下而上的方法能够微调 EV 的功能并创建可编程的 EV 技术。 “我们有可能创造出具有各种特征的合成囊泡——这就是自下而上方法的美妙之处。它让我们有机会为不同的目的复制、调整和改进自然结构。”文章的第一作者、MPIMR细胞生物物理学系的博士后研究员Oskar Staufer 说。


​图:人类皮肤细胞培养物(灰色和青色)通过摄取合成外泌体(紫色)而被重编程合成的EV在伤口愈合过程中的治疗用途

为了证明合成 EV 在伤口愈合过程中的功能,研究人员研究了实验室培养的人类供体皮肤的愈合行为。当他们用合成外泌体治疗这些皮肤上的伤口时,EV可以显示出更快的愈合和更快的伤口闭合。在测试合成外泌体改善新血管形成的能力时,也进行了类似的观察,这是另一个与多种治疗环境(例如手术后组织再生和心脏损伤)极为相关的过程。通过深入研究用合成 EV 处理的细胞内的作用机制,科学家们还能够确定 EV 中负责触发治疗效果的关键分子。确定 EV 的关键成分是一项关键进步,未来可能会设计出具有治疗价值的可单独调节的囊泡,用于治疗癌症、免疫疾病或神经退行性疾病等多种疾病。

“20多年来,外泌体为生物医学寄予了厚望。有了这项新技术,我们现在能够合成具有治疗规模的高纯度外泌体。这克服了阻碍外泌体应用于治疗的一些主要限制,并可能更好的帮助我们利用细胞外囊泡通讯的力量。此外,我们正在这种使用非常明确的囊泡系统,这样现在就能够以非常系统的方式研究EV的基本功能。”

参考文献:
1. StauferO, Dietrich F, Rimal R, SchröterM, Fabritz S, Boehm H, Singh S, Möller M,Platzman I, Spatz JP. (2021) Bottom-up assembly of biomedical relevant fullysynthetic extracellular vesicles. Sci Adv [Epub ahead of print].



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