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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  來源:高分子科技

  傷口愈合是一個復(fù)雜的、高度調(diào)節(jié)的過程。糖尿病可導(dǎo)致傷口愈合困難,給患者帶來嚴(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)過程,最終演變?yōu)槁愿腥緞?chuàng)面。目前,雖然已經(jīng)開發(fā)了多種創(chuàng)面愈合敷料來治療糖尿病創(chuàng)面,但這些方法大多是基于治療劑的被動擴(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)計一個能夠促進(jìn)藥物向傷口深層及周圍組織浸潤的傷口愈合平臺。


  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(MF@DeMEV/SA-MNP)。它能夠雙重增強(qiáng)細(xì)胞和組織滲透,同時具有抗氧化、抗菌等性能,從而可以用于感染糖尿病傷口修復(fù)(圖1)。


1. (A)生物雜化納米機(jī)器人平臺(MF@DeMEV/SA-MNP)的構(gòu)建過程示意圖和(B)其通過雙重增強(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)器人平臺包括一個驅(qū)動單元(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)。作為生物雜化平臺的驅(qū)動單元,SA-MNP在外磁場下顯著增強(qiáng)了其在傷口部位的組織滲透(2)。生物成分是經(jīng)過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-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調(diào)節(jié)外泌體的細(xì)胞識別和攝取,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對內(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(3)。


2. MF@DeMEV/SA-MNP的制備、表征和磁驅(qū)動性能。


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


4MF@DeMEV/SA-MNPs對糖尿病感染創(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)器人平臺通過改善再上皮化、膠原沉積和血管生成,協(xié)同加速傷口愈合(4)。據(jù)我們所知,這一工作是首次將磁驅(qū)動納米機(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)器人平臺進(jìn)行傷口修復(fù)。同時,該策略能夠根據(jù)不同的病理環(huán)境定制功能,并在未來應(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、國家重點研發(fā)計劃青年項目首席科學(xué)家,主要研究領(lǐng)域為能量轉(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PRL、PNASSci. Adv.、ACS Nano、Adv. Sci., SmallChem. Eng. J.、J. Mater. Chem. AEnergy Environ. Mater.、ACS Appl. Mater. Interfaces等具有重要影響力的國際刊物上發(fā)表SCI論文80余篇,獲授權(quán)專利5項,申請專利7項。主持承擔(dān)國家自然科學(xué)基金、重點研發(fā)計劃青年科學(xué)家項目、重點研發(fā)計劃子課題等國家和省部級科技項目多項,并獲得湖北省海外高層次人才計劃、武漢英才等多項榮譽獎勵。擔(dān)任Rare Metals期刊 (中科院1區(qū),影響因子6.3),ExplorationEnergy Materials期刊青年編委。

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