利用外泌体和水凝胶促进晚期糖尿病伤口愈合

糖尿病是一种普遍存在的疾病，影响着大约 13% 的美国成年人，它常常伴有伤口愈合障碍等并发症。如果不加以控制，这可能会导致严重的后果，包括需要截肢。

寻找有效治疗糖尿病伤口的挑战变得越来越紧迫。这种伤口的特点是长时间发炎、缺氧和血管形成中断，所有这些都会导致恢复延迟。然而，生物医学研究的一个新领域指出，外泌体是一种潜在的解决方案。

纽约大学朗格尼分校和纽约大学坦顿分校的 Jin Kim Montclare 等研究人员已经开始研究外泌体，即微小的膜结合囊泡，作为有希望的治疗工具。这些纳米囊泡携带各种生物材料——核酸、蛋白质和脂质——使它们能够介导细胞间通讯并影响组织修复等过程。

该研究结果发表在《ACS应用生物材料》杂志上。

具体而言，来自间充质干细胞(MSC)(包括来自脂肪组织的 MSC)的外泌体已证明在促进动物模型伤口愈合方面具有巨大潜力。它们的治疗效果似乎源于它们能够减少炎症，并通过增强血管形成和促进成纤维细胞和内皮细胞等细胞的活性来促进愈合环境，而这些细胞对于组织修复至关重要。

外泌体的一个主要优势是它们能够规避传统干细胞疗法的一些风险，例如不受控制的细胞生长或免疫排斥。然而，尽管外泌体前景光明，但它通常需要反复给药——无论是通过皮下注射还是静脉注射——这对长期伤口管理构成了挑战。

Montclare 的团队一直在探索创新方法来增强外泌体的治疗潜力，其中一种方法是将它们与水凝胶结合。水凝胶由交联聚合物网络组成，可以将外泌体封装在其结构中。这种封装使得外泌体能够更持续、更局部地直接释放到伤口部位，而无需侵入性注射。

水凝胶因其生物相容性和滋润伤口的能力而受到认可，使其本身可用作伤口敷料。当与外泌体结合时，其治疗效果显著提高，尤其是对于糖尿病伤口。

最近的研究表明，水凝胶-外泌体组合始终比单独使用水凝胶或外泌体能更快地愈合伤口。这些水凝胶系统不是基于蛋白质的，但基于蛋白质的水凝胶技术的最新进展为改善伤口愈合开辟了新的可能性。

Montclare 开发了一种蛋白质基水凝胶，称为“Q”，它通过一种称为“上临界溶解温度 (UCST) 凝胶化”的过程在低温下形成凝胶。这种蛋白质基水凝胶自组装成纳米纤维，形成物理交联网络，提供机械强度。

通过使用先进的计算工具(例如Rosetta评分和泊松-玻尔兹曼静电势计算)对蛋白质序列进行微调，他们能够改善凝胶的机械性能、稳定性和形成速度，这些都是制造理想伤口敷料的关键因素。

为了进一步推进这一方法，他们设计了一种 Q 水凝胶变体，称为 Q5，使用自动选择方法来优化其稳定性。他们将外泌体封装在 Q5 中，创建了一种新的水凝胶-外泌体系统，称为 Q5Exo。该系统提供了一种局部、非侵入性伤口敷料，有望比依赖注射的传统方法更有效地治疗糖尿病伤口。

在使用糖尿病小鼠模型的研究中，与通过注射给药的外泌体相比，Q5Exo 在局部应用时显示出显着缩短的愈合时间。这表明，基于蛋白质的水凝胶具有可调节的特性，可以成为增强糖尿病伤口愈合效果的强大平台。

随着研究的不断深入，这种水凝胶可以为利用外泌体治疗能力的新一代生物相容性、高效伤口敷料铺平道路。

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