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華科大牛冉/陳振兵/楊小凡 Adv. Sci.：糖工程化外泌體雜化納米機(jī)器人增強(qiáng)細(xì)胞和組織滲透促進(jìn)糖尿病傷口修復(fù)
2024-12-01  來(lái)源：高分子科技

  傷口愈合是一個(gè)復(fù)雜的、高度調(diào)節(jié)的過(guò)程。糖尿病可導(dǎo)致傷口愈合困難，給患者帶來(lái)嚴(yán)重的生理和心理痛苦。糖尿病傷口是多因素導(dǎo)致的，氧化應(yīng)激損傷是疾病發(fā)展過(guò)程中最被廣泛接受的機(jī)制之一。糖尿病患者異常增加的活性氧(ROS)不能被內(nèi)源性抗氧化系統(tǒng)清除，從而引起細(xì)胞內(nèi)生物大分子的氧化損傷，最終導(dǎo)致組織功能障礙。此外，糖尿病創(chuàng)面更容易被細(xì)菌定植，從而阻礙創(chuàng)面修復(fù)過(guò)程，最終演變?yōu)槁愿腥緞?chuàng)面。目前，雖然已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種創(chuàng)面愈合敷料來(lái)治療糖尿病創(chuàng)面，但這些方法大多是基于治療劑的被動(dòng)擴(kuò)散，導(dǎo)致傷口部位的遞送效率低，藥物滲透性弱。因此，迫切需要設(shè)計(jì)一個(gè)能夠促進(jìn)藥物向傷口深層及周圍組織浸潤(rùn)的傷口愈合平臺(tái)。


  微/納米機(jī)器人(MNRs) 可以根據(jù)需要將外部能量(如化學(xué)能、磁、電、聲和光等)轉(zhuǎn)化為自身的動(dòng)能，幫助克服多種生理障礙，顯著增強(qiáng)組織滲透和藥物遞送能力。近日，華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院牛冉研究員與同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院手外科陳振兵主任醫(yī)師、楊小凡副主任醫(yī)師聯(lián)合開(kāi)發(fā)了一種基于糖工程化外泌體的生物雜化納米機(jī)器人平臺(tái)(MF@DeMEV/SA-MNP)。它能夠雙重增強(qiáng)細(xì)胞和組織滲透，同時(shí)具有抗氧化、抗菌等性能，從而可以用于感染糖尿病傷口修復(fù)(圖1)。


圖1. (A)生物雜化納米機(jī)器人平臺(tái)(MF@DeMEV/SA-MNP)的構(gòu)建過(guò)程示意圖和(B)其通過(guò)雙重增強(qiáng)細(xì)胞和組織滲透和多步驟干預(yù)策略協(xié)同治療感染糖尿病傷口。


  該生物雜化納米機(jī)器人平臺(tái)包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元(SA-MNP)和幾種生物成分。SA-MNP以Fe3O4磁性納米粒子為“核心”，SiO2為“外殼”，表面涂有具有抗菌作用的2-羥丙基三甲基氯化銨殼聚糖(HACC)。作為生物雜化平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)單元，SA-MNP在外磁場(chǎng)下顯著增強(qiáng)了其在傷口部位的組織滲透(圖2)。生物成分是經(jīng)過(guò)兩步工程化的外泌體(MF@DeMEV)：首先在牛奶衍生的細(xì)胞外囊泡(MEV)中裝載抗氧化多酚化合物芒果苷(MF)，然后去除MEV表面的N-和O-聚糖。外泌體的表面聚糖工程化可以作為一種有效的策略來(lái)調(diào)節(jié)外泌體的細(xì)胞識(shí)別和攝取，從而提高外泌體介導(dǎo)的藥物遞送效率。糖工程化極大地提高了雜化納米平臺(tái)對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞的攝取效率，從而提高了芒果苷的生物利用度，最終逆轉(zhuǎn)了體外氧化損傷的細(xì)胞功能(圖3)。


圖2. MF@DeMEV/SA-MNP的制備、表征和磁驅(qū)動(dòng)性能。


圖3. MF@DeMEV/SA-MNPs逆轉(zhuǎn)內(nèi)皮細(xì)胞氧化損傷。


圖4. MF@DeMEV/SA-MNPs對(duì)糖尿病感染創(chuàng)面的治療效果。


  在感染糖尿病傷口的小鼠模型中，生物雜化納米機(jī)器人平臺(tái)通過(guò)改善再上皮化、膠原沉積和血管生成，協(xié)同加速傷口愈合(圖4)。據(jù)我們所知，這一工作是首次將磁驅(qū)動(dòng)納米機(jī)器人與工程化外泌體相結(jié)合，利用一體化生物雜化納米機(jī)器人平臺(tái)進(jìn)行傷口修復(fù)。同時(shí)，該策略能夠根據(jù)不同的病理環(huán)境定制功能，并在未來(lái)應(yīng)用于其他疾病的治療。


  以上研究成果以《Biohybrid Nanorobots Carrying Glycoengineered Extracellular Vesicles Promote Diabetic Wound Repair through Dual-Enhanced Cell and Tissue Penetration》為題發(fā)表在Advanced Science雜志上。華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院博士研究生嚴(yán)承琪和化學(xué)與化工學(xué)院博士研究生馮凱為共同第一作者。


  全文鏈接：http://doi.org/10.1002/advs.202404456


作者簡(jiǎn)介：



牛冉，華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院研究員、博士生導(dǎo)師、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃青年項(xiàng)目首席科學(xué)家，主要研究領(lǐng)域?yàn)槟芰哭D(zhuǎn)化功能高分子材料及微納米機(jī)器人。目前以第一或通訊作者身份在PRL、PNAS、Sci. Adv.、ACS Nano、Adv. Sci., Small、Chem. Eng. J.、J. Mater. Chem. A、Energy Environ. Mater.、ACS Appl. Mater. Interfaces等具有重要影響力的國(guó)際刊物上發(fā)表SCI論文80余篇，獲授權(quán)專利5項(xiàng)，申請(qǐng)專利7項(xiàng)。主持承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金、重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃青年科學(xué)家項(xiàng)目、重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題等國(guó)家和省部級(jí)科技項(xiàng)目多項(xiàng)，并獲得湖北省海外高層次人才計(jì)劃、武漢英才等多項(xiàng)榮譽(yù)獎(jiǎng)勵(lì)。擔(dān)任Rare Metals期刊 (中科院1區(qū)，影響因子6.3)，Exploration和Energy Materials期刊青年編委。

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