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重要突破!中国团队研发三维培养外泌体,破解糖尿病足难愈、截肢难题




该研究成果为 tdASC-EVs 用于糖尿病足溃疡治疗提供依据,也有望应用于其他因微血管衰老引发的糖尿病组织损伤。




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糖尿病足溃疡属于糖尿病最凶险的并发症之一。创面持续发炎、血液循环变差、新生血管生长受阻,会导致伤口数月难以愈合,极大提升感染、截肢风险。


脂肪来源间充质干细胞分泌的细胞外囊泡(又称外泌体)具备组织修复潜力,但传统平面培养模式,会慢慢削弱干细胞活性与分泌能力。另外很多实验室研究仅使用普通内皮细胞开展实验,无法真实模拟糖尿病状态下,皮肤微血管的病变特征。


面对以上难题,医学界亟需研发修复能力更强的细胞外囊泡,同时探明:这类囊泡如何修复糖尿病创面里已经衰老的皮肤微血管内皮细胞。


近期,《Burns & Trauma》刊发一项联合研究,研究团队由兰州大学第二医院、空军军医大学西京医院、江南大学附属医院、甘肃省干细胞与基因药物重点实验室多方中国科学家组成。


研究核心目标:验证自供养层三维培养脂肪干细胞释放的细胞外囊泡,能否逆转微血管内皮细胞衰老、促进糖尿病伤口愈合。


整套研究体系十分完善,同时结合人体溃疡组织样本、体外细胞实验、糖尿病小鼠创面模型、脂肪移植试验,以及更贴近人体生理的糖尿病巴马小型猪创面大动物模型。


研究团队首先借助单细胞 RNA 测序技术分析糖尿病足溃疡组织,发现创面微血管细胞存在明显衰老特征。随后科研人员搭建三维培养体系培育脂肪干细胞,分离得到三维培养脂肪干细胞来源囊泡(tdASC-EVs)。


体外实验模拟糖尿病高糖环境:将该囊泡作用于人体皮肤微血管内皮细胞后,可以显著缓解细胞衰老、减轻氧化损伤、恢复线粒体正常功能,同时提升血管新生能力。


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图.研究的图文摘要


机制研究进一步揭开原理:囊泡能够重新激活PI3K/AKT/mTOR/4EBP1 信号通路。通路激活后 4EBP1 蛋白磷酸化水平上升,释放出翻译起始因子 eIF4E;eIF4E 与 eIF4G 结合,重启细胞修复所需蛋白质的合成过程。


科研人员也做了反向验证:阻断这条通路后,囊泡的修复效果明显下降;而改造 4EBP1 蛋白模拟持续磷酸化状态,又能恢复修复作用。蛋白质组分析一共筛选出 2097 个表达发生变化的蛋白,其中大量蛋白参与组织再生与蛋白合成调控。


动物实验收获亮眼结果:


在糖尿病小鼠模型中,该囊泡治疗能够加快伤口闭合、改善局部供血、促进新生微血管生成,减少衰老蛋白表达,抑制疤痕增生,让创面胶原组织排列更规整。


在糖尿病小型猪大动物试验中,三维培养来源囊泡疗效优于传统平面培养干细胞囊泡:伤口愈合速度更快、新生血管更丰富、疤痕更少,组织修复更加完整。


论文作者在总结中提到:“糖尿病伤口难以愈合,不只是缺少新生血管;负责构建血管的内皮细胞会提前衰老,丧失合成修复所需蛋白的能力。我们优化脂肪干细胞培养方式,制备出修复活性更强的细胞外囊泡。


这类囊泡能够重启关键蛋白合成通路,恢复内皮细胞正常功能。在多种临床前动物模型中,都证实它既能加快伤口愈合,也能提升修复质量。大动物实验的数据尤为鼓舞人心,不过后续仍需要验证临床安全性,同时建立稳定、标准化的制备工艺。”


该研究成果为 tdASC-EVs 用于糖尿病足溃疡治疗提供依据,也有望应用于其他因微血管衰老引发的糖尿病组织损伤。


和活干细胞移植相比,细胞外囊泡不含活细胞,同样可以传递修复信号,在保存方式、给药剂量标准化、规模化生产层面具备独特优势。


需要客观说明:目前该疗法仍处于临床前研究阶段。


后续还有大量工作亟待推进:筛选发挥核心作用的囊泡蛋白;借助基因编辑模型验证信号通路;长期追踪囊泡在体内分布、代谢清除规律,评估免疫反应以及潜在促肿瘤风险。同时还需要扩充人体组织样本数据,设计规范的临床试验,确定安全有效给药剂量、治疗周期,建立统一生产标准,最终验证该方案是否可以降低糖尿病患者溃疡复发、截肢以及整形修复手术的概率。

     
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