由于腱骨界面（Tendo-bone healing, TBI）在时间、空间上解剖结构及功能的复杂性及差异性，使其难以实现完全愈合。针对梯度化的组织结构，临床常用的修复、重建手段无法实现TBI的一体化重建。近年来，越来越多的研究聚焦于工程化外泌体，认为工程化外泌体在促进腱骨愈合方面具有广大的应用前景。近日，来自于西南医科大学附属中医医院的扶世杰教授、刘欢教授团队在Journal of Advanced Research上发表了题为“Engineered Exosomes: A Promising Strategy for Tendon-bone Healing”的综述(2023 Nov 14:S2090-1232(23)00348-X)。在该综述中，作者系统讨论了TBI的生理病理特征，以及天然外泌体在腱骨愈合领域的应用、优势和局限性，阐述了工程外泌体的定义、装载策略和时空特性，并对工程化外泌体的应用和未来的研究方向进行了探讨。工程外泌体可以在空间上将药物输送到治疗靶点，并在时间上实现治疗分子的缓释，延长作用时间，并综述了工程化外泌体在腱骨愈合领域的多向分化趋势，可有效改善TBI的生物学和生物力学特性。
首先，扶世杰教授团队介绍了TBI的解剖学特点及其愈合难点。TBI是高度有序的梯度化结构组织，起到载荷传递、应力分散的作用。同时，保证细胞间通讯、维持内环境稳定。正是腱骨界面的这种复杂性确保了结构和功能的稳定性，也正因其独特的生理结构和组织特点，使腱骨界面损伤后难以实现真正的愈合。腱骨愈合的重点在于促进纤维软骨复合体的有序再生。然而，腱骨愈合过程中，由于瘢痕形成早于纤维软骨层形成，腱骨界面组织内大部分空间被瘢痕组织替代，无法形成梯度化的纤维软骨复合体，提示瘢痕过早和过度形成是导致纤维软骨复合体重构受限的重要因素。因此，瘢痕形成和梯度化结构再生的失衡是导致腱骨界面重构障碍的关键病理学基础。其愈合难点在于：（1）梯度化结构及其功能的复杂性，使其愈合困难。骨长入或移植物重塑的恢复期缓慢，最终形成以结构无序的瘢痕组织为主。（2）纤维软骨带缺乏血供。当损伤发生后，纤维软骨带难以自行修复与再生。（3）愈合过程中，存在骨溶解或骨量丢失。其次，作者简述了天然外泌体在腱骨愈合领域的应用及其局限性。诸多研究证实，外泌体参与腱骨愈合的生理病理过程，如成纤维、成血管、成骨及成软骨等，有效改善TBI在生物学及生物力学特性。主要归因于：（1）抗炎作用。减少炎症细胞向腱-骨交界处的浸润，并诱导巨噬细胞从M1表型向M2表型极化，从而减少促炎细胞因子，减少细胞凋亡，增加细胞增殖，减少纤维血管瘢痕组织的形成，促进纤维软骨附着点的再生；（2）促进新生血管形成；（3）介导骨重塑。有助于调节成骨和抑制骨溶解，促进骨整合。然而，天然外泌体仍有其局限性。（1）作用时间短，稳定性差，难以持续发挥作用。（2）靶向能力低。外泌体将非选择性地输送到体内所有类型的细胞，降低药物利用率。（3）存在产量低、活性弱，且不负载药物分子或负载分子含量无法达到有效治疗浓度。基于此，工程化外泌体应运而生。图2. 天然外泌体的来源及其促进腱骨愈合的作用机制作者阐述了工程化外泌体在腱骨愈合领域的定义、装载策略及时空特性。工程化外泌体是指天然外泌体经过生物工程技术处理后的一系列外泌体，通过对外泌体表面分子进行修饰改造赋予其细胞和组织靶向特异性，以弥补天然外泌体的缺陷。根纯化前和纯化后分为两种不同的装载策略：内源性装载、外源性装载。内源性装载是基于亲本细胞的工程化装载方法。在生物发生过程中，在亲本细胞产生外泌体之前，对其进行改造，如通过直接转染、共孵育等技术将目的分子导入来源细胞，来源细胞在产生外泌体的过程中将细胞中的目的分子装载到外泌体内。而外源性装载是指在分离天然外泌体后，利用外源性装载策略将相应的药物直接负载到外泌体中。此外，生物材料辅助的外泌体也应属于外源性装载方法的范畴。生物材料辅助的外泌体，如3D打印的多孔PEEK支架、水凝胶、负载贴片等，不仅可以作为外泌体的载体，还可以赋予外泌体新的特性。随着外泌体研究的发展和成功，工程化外泌体因其空间和时间靶向性而受到越来越多的关注，以提高外泌体的靶向效率和生物活性，旨在达到精准、高效及靶向递送的目的。一方面，工程化外泌体以可控、缓慢的时间方式释放负载的有效成分，延长其作用时间，增强外泌体的稳定性，提高外泌体的活性。另一方面，基于梯度结构这一切入点，工程化外泌体可在结构和化学成分上，从不同的空间水平诱导腱骨界面中的骨、肌腱和纤维软骨组织的同时再生，从而产生理想的微环境条件，导致腱骨界面的整体修复和再生。工程化外泌体通过调节TBI多细胞群定向分化，进而参与腱骨愈合的生理病理过程，包括纤维软骨分化、巨噬细胞极化、新生血管形成以及成骨、成纤维分化等，有效改善TBI的生物学和生物力学特性。图4. 工程化外泌体在腱骨愈合领域的多向分化及其负载物此外，随着组织工程技术及生物材料的发展，生物材料辅助外泌体引起了越来越多的关注。大量研究报道，外泌体和生物材料的结合表现出良好的生物相容性和优异的外泌体保留能力。生物材料辅助的外泌体可以稳定、持续地释放外泌体，从而在功能和结构上拯救TBI的再生和修复能力，是未来工程化外泌体的研究热点之一。然而，对工程化外泌体在腱骨愈合中的潜在机制的研究有限，尚处于实验阶段，需要更多高质量的动物和临床前研究来验证其有效性和安全性。综上，作者认为工程化外泌体在腱骨愈合领域显示出巨大的潜力。工程化外泌体具有独特的时空特性，是很有前途的药物递送平台。在未来的研究中，我们可以专注于更独特的工程化外泌体和新的生物材料，以改善外泌体的时空特性并提高其治疗效果。西南医科大学附属中医医院扶世杰教授、刘欢教授为该论文的通讯作者，覃波为论文的第一作者，暴丁溯、刘洋为共同第一作者。Engineered exosomes: A promising strategy for tendon-bone healing, J Adv Res. 2023 Nov 14:S2090-1232(23)00348-X. doi: 10.1016/j.jare.2023.11.011.原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jare.2023.11.011外泌体资讯网 <综述> Journal of Advanced Research∣西南医科大学扶世杰团队评述工程化外泌体在腱骨愈合领域的应用
