伤口愈合不良是目前临床上的一个重要关切点，其原因可能与血管生成不足、炎症和慢性缺氧有关。尽管来源于脂肪组织来源的干细胞外泌体通过携带治疗性生长因子和miRNA显示出加速愈合的潜力，但在缺氧组织中外泌体的传递效果不佳。为了解决这一挑战，来自美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员开发了一种策略，将氧纳米气泡与外泌体包被，并将纳入聚乙烯醇/明胶混合水凝胶中。这种方法不仅可以缓解伤口缺氧，还可以在缺氧条件下有效地传递外泌体包被的纳米颗粒，在大鼠伤口愈合模型中表现出增强愈合、促进血管生成、促进外泌体传递、缓解缺氧和抑制炎症方面的潜力。相关内容以“Exosome-coated oxygen nanobubble-laden hydrogel augments intracellular delivery of exosomes for enhanced wound healing”为题在线发表于4月23日的国际知名综合性学术期刊、Nature子刊Nature Communications杂志上。
创伤和手术后伤口愈合不良构成了一个紧迫的全球医疗问题，每年影响数百万人，并给医疗专业人员带来了重大挑战。这一关注点是由于其对患者生活质量的不良影响、加剧的心理社会压力以及与长期临床伤口管理相关的巨大经济负担所引起的。统计数据显示，伤口愈合不良影响着美国的650万患者，而在所有类型的伤口中，作为成本最高的手术创口显著地增加了医疗保险支出。管理伤口的主要目标包括迅速闭合伤口并获得既功能性又美观的疤痕。然而，异常的伤口愈合可能是由于炎症和缺氧从而偏离其正常愈合过程的典型模式触发的，从而引发了延迟的伤口闭合、瘢痕形成和肥厚性疤痕的发展。因此，在下一代先进伤口敷料的开发中，有效管理缺氧和炎症至关重要。脂肪来源的干细胞（ADSC）衍生外泌体已成为组织再生中有前景的治疗药物。这主要归因于它们作为细胞间通讯者的能力以及携带丰富的生物活性分子，包括蛋白质、核酸和脂质。这些分子通过发挥抗炎作用、抑制凋亡、促进血管生成以及促进细胞迁移和增殖来促进伤口愈合。最近的研究强调了外泌体载荷水凝胶作为急性和慢性伤口愈合的多功能敷料的潜力。它们具有减轻氧化应激、刺激血管生成和增强成纤维细胞迁移的能力，积极促进伤口愈合过程的各个阶段。值得注意的是，与干细胞相比，外泌体具有几个优点，因为它们被认为更安全，缺乏致瘤潜力，并且几乎不会引起栓塞的风险。然而，最近的调查发现，由于活化的缺氧诱导的内吞回收机制，在伤口缺氧条件下外泌体的胞内载体传递效率受到了限制。这一限制显著影响了它们的治疗效果，并需要采取方法增强在缺氧伤口组织中的外泌体传递。为了解决这一挑战以及伤口炎症和缺氧问题，研究团队提出了一种策略，利用ADSC衍生的外泌体涂覆的基于牛血清白蛋白（BSA）氧纳米气泡（EBO）嵌入自愈合水凝胶基质中作为多功能伤口敷料。氧气供应组分氧纳米气泡（ONB），是通过将纳米级氧气泡封装在由葡聚糖基化的蛋白质结合物组成的BSA中形成的。利用糖基化蛋白质提供了增强的蛋白质特性，包括改善的热稳定性和自组装特性。此外，已经证实糖基化蛋白质结合物具有自由基清除特性和阻止氧化恶化的能力，使其在肿瘤治疗和伤口愈合等生物医学应用中广泛使用。与此同时，糖基化蛋白质结合物封装了通过超声空化产生的大量纳米级氧气泡，形成ONB。人类脂肪组织干细胞衍生的外泌体进一步包被在ONB表面，形成最终的携氧纳米系统，该系统具有释放氧气的特性并促进外泌体的胞内传递。为进一步优化伤口敷料的止血和抗氧化性能，研究人员通过结合聚乙烯醇（PVA）、明胶（GA）和硼酸盐开发了一种混合水凝胶。这种水凝胶通过化学硼酸酯键具有动态交联，赋予其优异的组织粘附性、自愈能力和形状适应性。聚乙烯醇/明胶水凝胶自愈能力的机制是硼酸酯交联。有两种可能的路线描绘了同种（PVA-PVA）和异种（PVA-GA）交联：（i）硼酸酯；（ii）离子交联。因此，它非常适用于需要频繁拉伸的伤口和在持续运动的身体部位使用，可以通过有效地封闭伤口部位提供保护，减少进一步损伤或污染的风险。此外，水凝胶中存在的硼酸酯键具有与过氧化氢（H2O2）反应的独特能力，从而缓解炎症。此外，明胶的加入，以其止血性能而闻名，进一步增强了敷料促进血液凝结的能力，促进创伤和手术伤口的加速愈合。在这项工作中，研究人员展示了将携氧纳米气泡EBO整合到敷料中以促进治疗性外泌体传递的可行性，将具有抗氧化和止血自愈功能的PVA/GA水凝胶作为支架。在大鼠全层伤口模型中，这种水凝胶展示了加速伤口愈合和减少炎症的效果。这种先进的敷料协同结合了多种功能，包括止血、抗氧化活性、输送氧气以及增强外泌体传递。参考文献：Exosome-coated oxygen nanobubble-laden hydrogel augments intracellular delivery of exosomes for enhanced wound healing. Nat Commun. 2024 Apr 23;15(1):3435.
