脑卒中是世界上人口死亡的第二大原因，也是中国人口的主要死亡原因。大多数缺血性脑卒中都会发生自发或溶栓治疗后诱导的再灌注，这导致更严重的继发性脑组织损伤和功能障碍，即脑缺血/再灌注（Ischemia/Reperfusion，I/R）损伤。目前还没有有效的治疗方法修复脑缺血再灌注后的损伤。从早期的发病急性期到受损脑组织修复和血管再生，神经炎症伴随着脑I/R损伤的全过程， 因此被认为是脑I/R损伤有吸引力的治疗靶点。
近日，来自南方医科大学珠江医院和华南理工大学的研究人员报道了超分子复合水凝胶递送IL-1β刺激BMSCs分泌的外泌体减弱脑缺血再灌注损伤后的神经炎症的研究成果，并以“Injectable Supramolecular Hybrid Hydrogel Delivers IL-1β-Stimulated Exosomes to Target Neuroinflammation”为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces上（2023 Feb 8;15(5):6486-6498). 南方医科大学珠江医院康复医学科张美美、陈慧硕士和华南理工大学材料科学与工程学院张润林硕士为该文章的共同第一作者，南方医科大学珠江医院康复医学科黄国志教授、曾庆副教授和华南理工大学材料科学与工程学院陈云华副教授为该文的通讯作者。
该研究团队研发了一种可注射的热敏超分子混合水凝胶，以可持续地递送来自IL-1β刺激（提高外泌体的产量和抗炎能力）的骨髓间充质干细胞(BMSCs)（βExos）的外泌体，用于抑制神经炎症和恢复神经功能（图1）。
图1.可注射的超分子复合水凝胶可持续释放IL-1β刺激BMSCs分泌的外泌体，抑制SD大鼠MCAO模型中小胶质细胞和星形胶质细胞的增殖和神经元损失。
该研究团队将HDU/SF1水凝胶包裹DIR膜染料标记的Exos，并使用 DIR 标记的 Exos 溶液作为对照组，原位注射到脑损伤区域，通过小动物活体光学成像观察Exos的滞留时间。结果发现在Exos-HDU/SF1组中，Exos的荧光信号可观察到28天并呈现缓慢下降趋势，说明HDU/SF1 水凝胶可通过对组织的良好粘附将 Exos 固定在脑损伤部位，呈现持续稳定的释放（图 2）。
图2. Exos在HDU/SF1水凝胶中的缓释效果。IVIS测量游离Exos组与Exos-HDU/SF1组的DiR标记的Exos的荧光图像(A)和定量分析(B); (C) IVIS检测干预28天后Exos在主要器官的滞留情况。
进而分别收集相同细胞数量的正常BMSCs和IL-1β预处理的BMSCs细胞上清，差速超速离心法提取外泌体，使用纳米流式分析仪检测正常BMSCs和IL-1β预处理的BMSCs分泌外泌体产量的情况，结果表明IL-1β预处理的BMSCs分泌外泌体的产量比正常BMSCs提高了一倍；而且BV2细胞可以正常摄取Exos 和βExos；使用LPS诱导BV2细胞发生炎症反应，将βExos与BV2细胞共培养，发现βExos能够抑制炎症基因在转录水平的表达，说明βExos比Exos有更好的抗炎效果（图3）。
图3. (A)纳米流式定量分泌Exos的产量，（B）荧光显微镜观察PKH26标记的Exos和βExos被BV2细胞摄取的情况，红色表示PKH26标记的Exos和βExos，蓝色表示DAPI，Exos和βExos对LPS诱导BV2细胞炎症反应的影响。（C,D）RT-qPCR检测促炎因子IL-1β和TNFα的mRNA表达变化；（E,F）RT-qPCR检测M1型小胶质细胞CD32和CD68的mRNA表达变化。
脑I/R损伤后脑组织炎症反应增加，星形胶质细胞和小胶质细胞会被大量激活增生。分别用GFAP和iba1标记星形胶质细胞和小胶质细胞，结果发现 HDU/SF水凝胶能够通过缓慢持久的释放Exos，提高Exos的作用效果，βExos比Exos具有更好的抑制脑I/R损伤后炎症的作用（图4）。因此，IL-1β刺激外泌体与可注射超分子水凝胶的结合为治疗中枢神经系统疾病提供了一种有吸引力的策略。
图4. (A)动物实验时间线和实验设计示意图;(B)正方形表示选定的代表性脑切片区域;组织免疫荧光观察(C)星形胶质细胞(GFAP)和(E)小胶质细胞(iba1)的反应性增殖;(D) GFAP和(F) iba1阳性区域的定量分析。
参考文献：
Injectable Supramolecular Hybrid Hydrogel Delivers IL-1β-Stimulated Exosomes to Target Neuroinflammation. ACS Appl Mater Interfaces. 2023 Feb 8;15(5):6486-6498. doi: 10.1021/acsami.2c19997. Epub 2023 Jan 30. PMID: 36716400.
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