Asian J Pharm Sci | 中国药科吴正红/祁小乐团队：水凝胶介导的外泌体与淫羊藿苷共递送系统用于骨关节炎治疗

骨关节炎(OA)是最常见的慢性致残性疾病，其发病率呈快速上升趋势。OA是一种发病机制复杂的综合性关节疾病，包括多种结构改变，其中以软骨退变最为典型。软骨细胞及细胞外基质代谢紊乱是关节软骨破坏的主要特征。在OA软骨细胞中，基质金属蛋白酶（MMP）表达明显上调，可引起ECM降解和软骨细胞成分改变。软骨组织中没有血管、神经和淋巴管的分布，因此自我修复能力非常有限。

基于此，中国药科大学吴正红教授/祁小乐副教授团队开发了一种“仿贻贝”多响应性水凝胶介导的外泌体（Exos）与淫羊藿苷（ICA）共递送系统用于骨关节炎的协同高效治疗。成功构建的载淫羊藿苷外泌体（ICA@Exos）及ICA@Exos-gel在促细胞增殖、迁移及抑制MMP的分泌中发挥协同增效作用，并能显著延长外泌体在体内的潴留，在关节处形成可靠的药物储库。该研究以题为“Bone mesenchymal stem cell-derived exosomes involved co-delivery and synergism effect with icariin via mussel-inspired multifunctional hydrogel for cartilage protection”的论文于近日发表在Asian Journal of Pharmaceutical Sciences上（2023 May;18(3):100799）。

间充质干细胞（MSC）具有免疫调节、抗炎和组织器官再生修复功能，在促进软骨再生方面尤为有效。关节腔内给药以及与其他治疗药物的协同作用是驱动其进一步应用的关键问题。淫羊藿苷（ICA）作为中药成分，具有多靶点多通道的药理作用，其在软骨修复中发挥积极作用，但其难溶低渗的特性，限制其药效的发挥。利用骨髓间充质干细胞来源的外泌体（Exos）作为ICA的高效细胞递送载体，极大提高了其细胞递送效率，增大其软骨修复作用的发挥。Exos作为细胞间通讯的重要介质，其内部含有大量活性成分，包括蛋白质、脂质及核酸，被证明具有广泛药效，在软骨修复也存在积极作用。ICA@Exos能有效提高细胞递送效率，发挥二者的协同增效作用。然而，Exos在体内半衰期较短，难以在关节腔长期潴留。进一步利用“仿贻贝”多响应性水凝胶作为载药外泌体的递送载体，在关节腔处形成可靠的药物储库，延长的滞留行为，从而显示出增强的软骨保护作用（图1）。

 图1 在OA治疗中用于软骨修复和再生的ICA@Exos-gel系统示意图

考察ICA@Exos、Exos及ICA对细胞增殖与迁移的促进作用，结果均表明ICA@Exos能发挥二者的协同增效作用，在细胞的增殖与迁移中均发挥显著促进作用。此外，Exos及ICA能有效抑制MMP13的分泌，且ICA@Exos能更进一步发挥协同抑制作用。综上所述，ICA和Exos分别表现出良好的促进软骨修复和再生的效果， Exos作为优良的药物载体具有高稳定性和高亲和力，进一步改善了ICA的细胞摄取行为。因此，ICA@Exos可以有效进入细胞，并在两者之间发挥协同作用，表现出促进细胞增殖和迁移、抑制MMP13分泌的一体化作用（图2）。

图2 ICA@Exos对软骨修复的细胞保护作用

为了克服Exos在关节腔处较快的清除率，在关节腔内形成可靠的药物储库，选用凝胶作为ICA@ Exos的递送介质。考虑到关节腔的结构及功能特殊性，包括给药形式的设计、满足日常关节活动的设计、利于软骨缺陷修复的设计等，选择了兼具温敏性、自愈性及粘附性凝胶，实现ICA@ Exos向软骨缺损处的递送。利用高生物相容性的CS/β-GP温敏性体系，减少机体组织对其的排异现象。在凝胶体系中引入双端基修饰-CHO的PEG2000（DF-PEG），在内部形成大量的动态亚胺键，可有效在外力破坏后，快速恢复凝胶本身的结构性质。由于关节腔内充斥着大量关节滑液，导致湿润环境中，凝胶难以与组织形成紧密的粘附与贴合，儿茶酚基团修饰CS后，增大了凝胶对软骨组织的粘附作用，有利于细胞在凝胶与缺损软骨部位间的迁移，加速软骨修复过程（图3）。

图3 “仿贻贝”多功能水凝胶体系的形态结构及多性质表征

Exos在体内的快速清除和低稳定性限制了其进一步利用，水凝胶是增强Exos体内潴留的潜在载体。分别评估Exos和Exos-gel关节腔内注射后的体内潴留行为后可发现，封装于凝胶基质中的Exos避免了被快速清除。作为良好的支架，水凝胶能够显著延长Exos在体内的潴留时间，增强其稳定性，从而发挥ICA@Exos的长效作用。特别是多功能水凝胶更好地匹配了目标组织的生理特性，成功地维持了其在炎症关节环境中的长期稳定性。在构建的大鼠骨关节炎模型中，进一步评估ICA@Exos-gel的体内药效。典型的OA模型表现为软骨退变，包括基质的降解和磨损，而ICA@Exos-gel组中软骨基质厚度和密度增加，且表面光滑度增加，MMP13表达最低，证实了ICA@Exos-gel在体内具有保护软骨、缓解软骨退变和加速软骨修复的积极作用（图4）。

图4 ICA@Exos-gel体内潴留能力评价及体内药效学研究

综上所述，该研究利用Exos实现ICA的细胞递送，在胞内发挥二者的协同增效作用，并进一步利用温敏、自愈、粘附性的凝胶体系实现ICA@ Exos的关节腔内递送，在关节腔处形成长效控释的药物储库。由此产生的ICA@Exos-gel体系将ICA、Exos、水凝胶三部分高效结合，规避了单一组分的缺点，使各部分协同作用，在软骨修复中发挥显著作用。

参考文献：

Bone mesenchymal stem cell-derived exosomes involved co-delivery and synergism effect with icariin via mussel-inspired multifunctional hydrogel for cartilage protection, Asian J Pharm Sci. 2023 May;18(3):100799. doi: 10.1016/j.ajps.2023.100799.

外泌体资讯网 Asian J Pharm Sci | 中国药科吴正红/祁小乐团队：水凝胶介导的外泌体与淫羊藿苷共递送系统用于骨关节炎治疗