眼病是继肿瘤、心血管疾病之后的第三位严重影响人类生存质量的疾病。在“世界视觉报告”中已指出，全世界至少有22亿人患有视力损伤，每年在眼病治疗中可耗资千亿美元，有效的用药对于眼部疾病治疗至关重要。加强眼病治疗的研究是经济与社会发展的重大需求。角膜上皮是维持角膜稳态的机械屏障。角膜上皮受到机械力、眼部创伤和化学损伤后，周围的角膜上皮细胞会分泌各种细胞因子、趋化因子和生长因子，激活成纤维细胞分化为肌成纤维细胞，并导致角膜混浊甚至失明。快速的角膜再上皮化不仅可以减少细胞因子进入角膜基质，而且可以稳定角膜内环境，防止角膜进一步病变。角膜上皮细胞的迁移率直接影响角膜上皮闭合速率，影响角膜修复。角膜上皮愈合的常见临床治疗方法包括抗生素、激素、佩戴隐形眼镜、羊膜覆盖和移植。虽然临床治疗展现出一定的疗效，但都易引发不同的并发症，如视网膜和视神经损伤。因此，亟需一种加速角膜上皮损伤愈合的治疗策略。近日，华南理工大学材料科学与工程学院任力教授课题组在Bioact. Mater.杂志上发表了题为“MiRNA 24-3p-rich exosomes functionalized DEGMA-modified hyaluronic acid hydrogels for corneal epithelial healing”的研究论文（2023，25：640-656），探究了富含miRNA 24-3p的外泌体功能化的温敏性透明质酸水凝胶在角膜上皮愈合中的修复效果。文章的第一作者为华南理工大学的博士生孙晓敏（现工作单位为：贵州医科大学），通讯作者为华南理工大学宋文婧副教授与任力教授。
该研究通过将miRNA 24-3p转染于角膜上皮细胞中对其生物学功能进行了研究。细胞增殖、细胞趋化性、细胞迁移和RT-PCR实验结果表明miRNA 24-3p不能促使角膜上皮细胞增殖，但可以提高角膜上皮细胞趋化性并促使角膜上皮细胞迁移。在体外细胞伤口闭合实验中，miRNA 24-3p组完成了50%以上的伤口闭合面积，而阴性对照miRNA NC组无细胞伤口闭合。miRNA 24-3p还可以上调迁移相关基因FRS2、CDC42、CTGF、EGFR和MMP9的表达，与空白对照组和阴性对照组相比都具有显著性差异。为解决miRNA 24-3p自身无法直接进入细胞的问题，研究者提出利用脂肪间充质干细胞源外泌体被作为miRNA 24-3p的外载体，携带miRNA 24-3p进入角膜上皮细胞产生作用。通过使用梯度超速离心法从脂肪间充质干细胞中提取外泌体，并对脂肪间充质干细胞和外泌体进行鉴定，提取物符合外泌体评判的“金标准”。用不同浓度的外泌体处理角膜上皮细胞，细胞增殖、细胞趋化性、细胞迁移以及vinculin蛋白表达等实验结果表明细胞对外泌体具有浓度依赖性，随着外泌体浓度的增加，角膜上皮细胞的增殖能力、细胞趋化性、细胞迁移能力增强，vinculin蛋白表达增多，迁移相关基因的表达量增加。因此，在角膜上皮缺损愈合过程中，外泌体本身也具有促进细胞增殖、细胞黏附和细胞迁移的能力。接着，研究者通过使用电穿孔的方式制备富含miRNA 24-3p外泌体。在体内兔角膜上皮缺损疾病动物实验治疗中，采用结膜下注射富含miRNA 24-3p外泌体，通过治疗后12天的观察，相比单独的外泌体组（85%），富含miRNA 24-3p外泌体实验组在术后第2天可加速兔角膜上皮创伤伤口快速闭合，愈合率超过90%以上，同时术后7天调控角膜上皮厚度（25–30 μm）和层数（3–4层）接近于天然角膜，术后12天上调CK3、ZO-1、EGFR和MMP9表达，调控角膜上皮成熟，促使角膜组织修复。由于结膜下给药方式会破坏结膜组织带来新的创伤，研究者进一步改进miRNA 24-3p的递送载体，提出通过构建多级递送系统提高富含miRNA 24-3p外泌体在眼表的生物利用度。基于透明质酸的润滑作用和保湿优势，研究者使用温敏性单体材料DEGMA对透明质酸进行修饰，成功制备的温敏性透明质酸水凝胶在眼表滴注后可形成一层弱水凝胶。透明质酸水凝胶的孔径随着它的浓度增加而减小，呈管状网络结构。其中浓度为3 wt%透明质酸水凝胶的临界温度为37℃，具有剪切变稀性、可注射性、稳定性。浓度为3 wt%透明质酸水凝胶在兔眼表可行成一层与眼表一致的高度均匀、透明的薄层，可用于延长富含miRNA 24-3p外泌体在眼表的截留时间。在水凝胶的眼用安全性评估中，与天然结膜组相比，浓度为3 wt%透明质酸水凝胶组结膜无多核细胞形成以及炎症细胞浸润，具有大量结膜特有的杯状细胞，展现了良好的眼用安全性。基于富含miRNA 24-3p外泌体的生物学功能和透明质酸水凝胶的温敏性，制备富含miRNA 24-3p外泌体修饰的透明质酸水凝胶。浓度为3 wt%透明质酸水凝胶释放外泌体可长达21天以上，并且浓度为3 wt%透明质酸水凝胶释放的富含miRNA 24-3p外泌体能成功进入角膜上皮细胞。兔角膜碱烧伤疾病动物模型治疗中，相比其他组，富含miRNA 24-3p外泌体修饰的透明质酸水凝胶组加速碱烧伤角膜上皮愈合速率最快，治疗1天后上皮闭合面积超过87%。同时，在兔角膜碱烧伤疾病动物模型治疗28天后，富含miRNA 24-3p外泌体修饰的透明质酸水凝胶减轻角膜水肿，调控角膜上皮成熟，抑制角膜基质纤维化和巨噬细胞活化，调控碱烧伤角膜组织微环境，促使角膜组织修复。因此，基于外泌体和温敏性透明质酸水凝胶构建的富含miRNA 24-3p外泌体修饰的透明质酸水凝胶有望用于解决角膜上皮损伤愈合问题，为角膜上皮缺损治疗提供了一种基因疗法与无细胞疗法联合治疗的新方法和思路。MiRNA 24-3p-rich exosomes functionalized DEGMA-modified hyaluronic acid hydrogels for corneal epithelial healing. Bioactive Materials, 2023, 25:640-656.
外泌体资讯网 Bioact Mater|华南理工大学任力教授团队在角膜组织修复领域发表重要文章：外泌体联合miR-24策略修复角膜上皮损伤
