Bioactive Silk Fibroin Hydrogel Harnesses BMSCs - EVs to Modulate Inflammatory Microenvironment in Intervertebral Disc Degeneration.
研究背景
间盘退变（IVDD）是常见的年龄相关疾病，会引发炎症、疼痛和活动受限。现有治疗方法只能缓解症状，无法恢复间盘结构，还可能有副作用或高复发率。因此，开发促进间盘组织修复再生的新疗法很关键。本研究提出用丝素蛋白（SF）水凝胶负载mRNA工程化的骨髓间充质干细胞来源的细胞外囊泡（BMSCs - EVs）调节巨噬细胞极化，减轻IVDD。
方法速览
- 从C57BL/6小鼠分离骨髓间充质干细胞（BMSCs）并培养。
- 用超速离心法提取BMSCs - EVs，通过TEM、Western blot和NTA鉴定。
- 溶解和交联丝素蛋白制备SF水凝胶，用SEM、FTIR和流变学分析表征。
- 用活/死细胞染色和CCK - 8实验评估SF/EVs对细胞的生物相容性和毒性。
- 用流式细胞术和免疫荧光染色评估SF/EVs对巨噬细胞极化的影响。
- 建立IVDD小鼠模型，用X光、MRI和微CT成像评估SF/EVs治疗效果。
- 通过RNA测序和生物信息学分析，鉴定SF/EVs调节巨噬细胞极化的关键分子。
主要发现
- SF/EVs抑制M1巨噬细胞极化并促进M2极化：体外实验显示，SF/EVs显著抑制M1标志物CCR7表达，促进M2标志物CD206表达。免疫荧光染色也证实，SF/EVs治疗降低M1标志物iNOS表达，增加M2标志物CD206表达。
- SF/EVs减轻IVDD并抑制M1巨噬细胞极化：在IVDD小鼠模型中，SF/EVs治疗改善了X光片上的椎间盘高度指数（DHI），MRI和微CT成像结果类似。H&E染色显示，SF/EVs组椎间盘结构保存最好。免疫荧光染色显示，SF/EVs治疗减少了M1巨噬细胞标志物iNOS表达。
- S100B是SF/EVs调节巨噬细胞极化的关键分子：转录组分析发现S100B是重要基因。实验表明，S100B敲低增强M1标志物CCR7表达，抑制M2标志物CD206表达；S100B过表达则相反。
- SF/EVs通过S100B减轻IVDD和M1巨噬细胞极化：在IVDD小鼠模型中，携带S100B敲低的SF/EVs治疗使DHI降低，携带S100B过表达的SF/EVs治疗恢复了DHI。MRI和微CT成像显示，S100B敲低恶化椎间盘退变，S100B过表达改善椎间盘结构。免疫荧光染色显示，S100B敲低增加M1巨噬细胞标志物iNOS表达，S100B过表达抑制iNOS表达。
总结展望
本研究结合生物材料、干细胞衍生的细胞外囊泡和mRNA生物工程技术，明确了S100B在SF/EVs调节巨噬细胞极化中的关键作用，为IVDD治疗提供新思路。不过，研究存在局限性，结果限于小鼠模型，还需解决mRNA稳定性和递送效率问题，以及研究mRNA递送的长期安全性和潜在免疫原性。