小细胞外囊泡（sEV）在心肌梗死后基于细胞的心脏修复中具有广阔的应用前景。这些sEV将包括microRNA在内的有效货物包裹在双层膜内，在给药时有助于sEV和货物的摄取。然而，尽管sEV治疗有效，但由于亲本细胞释放sEV的不一致性和货物装载的可变性，sEV治疗应用受到限制。人工合成的双层膜sEV模拟物可以控制内部货物，但在体内施用时稳定性差，清除速度快。来自美国佐治亚理工学院和埃默里大学的研究人员利用电穿孔技术，开发了一种工程化的sEV样载体（ELV），在体外和体内将促血管生成的miR-126传递给ELV中用于大鼠缺血再灌注模型的治疗。结果显示，电穿孔miR-126+ ELV在给予心脏内皮细胞时改善了微管的形成参数，并改善了缺血再灌注损伤后的大鼠左心室超声心动图和组织学参数。相关内容以“Customized Loading of microRNA-126 to Small Extracellular Vesicle-Derived Vehicles Improves Cardiac Function after Myocardial Infarction” 为题于9月16日在线发表在国际知名纳米技术综合性期刊ACS Nano杂志上。
心肌梗死（myocardial infarction，MI）在全世界是因病死亡的主要原因之一，通常由冠状动脉闭塞后的心脏组织缺血引起。心肌细胞治疗对心肌梗死后恢复的临床试验显示，存活的心肌质量增加、收缩性改善、瘢痕质量减少。此外，一项研究ckit+祖细胞（ckit+ progenitor cells，CPCs）和间充质间质细胞（MSCs）联合治疗心力衰竭的试验发现，患者的生活质量和主要心脏不良事件得到改善。尽管这些试验是直接对患者进行细胞治疗，但基于细胞外囊泡（sEV）的信号传导可能在这些治疗效果中起关键作用。事实上，研究发现，从干细胞或祖细胞治疗中观察到的改善可能并不直接受到细胞植入的影响，而是通过细胞释放的旁分泌因子，特别是sEV。
在动物模型中，在心肌梗死后给予sEV治疗可诱导心脏修复。此前，在使用MSC和脂肪来源干细胞的啮齿动物模型中进行的研究发现，sEV通过改善左心室射血分数（ejection fraction， EF）和缩短分数（fractional shortening，FS）来改善心功能。在猪心肌梗死模型中，心肌球细胞源性sEV减少梗死面积，促进新生血管形成。同样，在心肌梗死大鼠模型中，CPC - sEV可减小梗死面积并改善EF。此外，sEV也在杜氏肌营养不良症的人类模型中进行了研究，其中，用心肌球细胞源性sEV引发的诱导心肌细胞降低了心律失常性和正常化的耗氧量。尽管sEV疗法在动物和人类模型中仍处于更初级的阶段，特别是那些来自CPC的疗法，但这些发现表明，sEV可以具有治疗性，并且可以具有与直接传递亲本干细胞或祖细胞相似的心脏益处。
然而，目前这些sEV研究的一个局限性是改善的程度有限。体内治疗益处仅表现为超声心动图参数增加约3%。此外，sEV的修复能力依赖于细胞，并根据CPC条件（如微环境氧水平和亲本细胞年龄）而变化。具体来说，来自年轻CPCs和缺氧条件下的sEV具有更强的修复性。此外，研究表明sEV的microRNA （miR）货物谱也随着亲本细胞条件的变化而变化。所有这些都表明，尽管CPC sEV具有修复能力，但结果却存在很大的可变性。这反映在动物研究中，其中治疗益处和改善在各个研究中是不一致的。
引起这种变化的一个途径是sEV内的货物的改变。sEV通过规模化的合成可以最大限度地减少了货物变异性，但在体内施用时迅速被稀释或降解掉。为了解决合成模拟物的局限性，同时考虑到sEV的功能，研究人员从CPC衍生的sEV设计了类似sEV的工程化囊泡（engineered sEV-like vehicles，ELV）。与完全合成的模拟物不同，ELV可能保持与CPC sEV相似的膜结构，这有助于它们在体内被吸收。此外，ELV可以做到货物定制，特别是对于大规模心脏治疗，因此可以增强在体内观察到的sEV修复效果，并最大限度地减少批次之间的差异。
在这项研究中，研究人员阐述了工程化miR-126+ ELV在大鼠缺血再灌注模型中的治疗效果。结果表明，通过电穿孔技术，ELV成功地和可控地装载内皮特异性标记物miR-126，并验证了缺血再灌注后ELV给药的整体和组织水平反应。研究人员观察到，miR-126+ ELV可减少梗死面积、纤维化和肥厚。此外，ELV治疗显著改善了梗死区域周围的血管特异性参数，这对缺血后的恢复至关重要。这项研究强调了维持sEV样膜结构的价值，同时做到了可定制的货物装载，并证实miR-126+ ELV在体外的益处也可以在体内转化。
参考文献：Customized Loading of microRNA-126 to Small Extracellular Vesicle-Derived Vehicles Improves Cardiac Function after Myocardial Infarction. ACS Nano. 2023 Sep 16. Epub ahead of print.
