近年来,随着干细胞与再生医学技术的进步,人们开始意识到,细胞源性的补充或许能从根本性的解决机体衰老的问题,利用干细胞的分化和增殖的功能,能有效弥补细胞程序性衰老引起的皮肤问题。
然而,在美容领域,受限于技术的原因和伦理的限制(如安全性、储存运输条件等),干细胞技术并不能得到更广泛利用,令很多爱美人士交了不少的“智商税”。同时,随着干细胞技术的发展,科学家们发现再生医学领域的另一个突破点---外泌体。
无细胞疗法——外泌体
外泌体(Exosome, EXO)是一类直径40-100nm的微小囊泡,可以将脂类、碳水化合物、蛋白质、信使RNA(mRNA)、微小RNA(miRNA)和DNA等生物分子从一个细胞传递到另一个细胞,从而交换遗传信息、重编程宿主细胞,进行细胞间通讯。外泌体被包裹在坚硬的双层膜中,双层膜保护外泌体的内容物,使外泌体能够在组织中长距离移动。干细胞外泌体因在上皮组织的增殖、迁移、再生、炎症和瘢痕控制等方面的作用,有望成为“无细胞的细胞治疗”工具。
目前已知外泌体有抗衰与修复功效的核心因子具有上百种,细胞因子FGF、EGF等,细胞信号蛋白Wnt4、Wnt11等,抗衰老MicroRNA:miRNA-124a,miRNA125b,miRNA21,miRNA-146a , miRNA-181c miRNA-let-7b等。
外泌体为啥这么火?
近几年外泌体研发持续升温,全球科研大咖纷纷扎堆此领域,有关外泌体载药、诊断、免疫疗法等方向的文章陆续发表。
2020年,有90多个期刊将会首次拥有影响因子,根据影响因子预测结果,外泌体领域期刊Journal of Extracellular Vesicles,预测首次产生的影响因子将高达15.81。高居这90多个期刊榜首,外泌体领域的火热程度可见一斑。
Journal of Extracellular Vesicles,是国际细胞外囊泡学会的官方杂志,一本开放获取的国际同行评议期刊,发表高质量的文章和原创性研究。交流所有与细胞外囊泡的化学,生物学和/或应用有关的数据、想法和信息,包括微泡、外泌体、外体、凋亡小体和其他细胞外囊泡。
2019年关于外泌体领域相关的中标基金数据如下,从统计数据来看,19年的外泌体相关的国家自然科学基金中标项目总计600项,其中面上项目最多,达到304项,其次是青年基金项目,也有236项,总金额达2.54亿元,较18年1.76亿元增长44.5%。
外泌体是这两年生物学研究中的一颗新星,无论是论文产出还是基金项目都呈现指数上升。
外泌体,怎么哪儿都有你?
外泌体不管是在医疗界还是在美妆界都号称杠杠的黑科技,在临床上,干细胞外泌体主要治疗烧伤、烫伤、皮肤溃疡,再生健康皮肤;用在护肤方面,主要是对外伤受损、衰老中毒皮肤进行修复,全面调理皮肤、改善肤质,令肌肤恢复年轻、健康的状态。
外泌体与新冠肺炎
目前还没有治疗重症及危重症新冠肺炎(COVID-19)的有效方法,但间充质干细胞(Mesenchymal stem cells, MSCs)凭借其强大的免疫调节作用,被认为是一种有前途的新型治疗方法,虽然不是直接对抗病毒,但是可通过缓解炎症反应,提高或恢复免疫力,以及借助多向分化潜能在肺部受损部位产生功能细胞,发挥修复功能,改善并提高重症患者的生存率。也有研究认为,这些免疫调节作用是由MSCs分泌的细胞外囊泡(Extracellular vesicles)如外泌体(Exosomes)介导的,可以有效减少细胞因子风暴综合征和ARDS的发生,以及降低肺纤维化水平,促进组织损伤修复。
以下两篇文献对间充质干细胞及其外泌体治疗重症COVID-19引起的呼吸窘迫和肺病问题的有效性和安全性...
Leng, Z. et al. Transplantation of ACE2- Mesenchymal Stem Cells Improves the Outcome of Patients with COVID-19 Pneumonia. Aging and Disease 11, 216–228 (2020).
Senugupta, V. et al. Exosomes Derived from Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells as Treatment for Severe COVID-19. Stem Cells Dev. 29.12(2020).
来自美国的科学家在《American Journal of Obstetrics and Gynecology》杂志上发表了其最新研究成果,揭示了孕期宝宝和麻麻细胞交流的秘密:外泌体。本次研究中,研究人员使用基因工程小鼠进行了实验。结果表明母体外泌体可在胎儿组织中产生功能变化;外泌体的运输功能可作为孕期生物标志物发挥潜在作用,同时可以作为载体向胎儿输送药物等物质;胎儿外泌体可作为生物标志物在不进行侵入性操作的情况下对胎儿进行研究。
外泌体是细胞释放的“微小气泡”,它封装了细胞希望传递的化学及生物信息。
治疗靶点在《ACS Nano》上的一项研究揭示了癌症是如何穿过血脑屏障的:通过释放外泌体来劫持自然细胞的胞吞过程,诱使血脑屏障中的细胞吸收这些细胞。后续研究人员希望找到能够阻止脑转移的治疗靶点。
免疫治疗来自第二军医大的研究人员在《Nature Communications》上发表了其最新研究成果:CAR-T细胞会释放表面表达CAR的外泌体,含CAR的外泌体能显著抑制肿瘤生长并且安全性较好,是一种潜在的新的抗肿瘤治疗方法。
不可逆转的衰老和人类对年轻外表的追求一直存在矛盾。衰老的过程简单来说就是人真皮成纤维细胞(HDFs)“失活”的过程:随着年龄的增长,HDFs逐渐失去了产生胶原蛋白和更新细胞间基质的能力。
在《ACS Nano》发表的一项研究让外泌体可能成为医美新宠,其研究结果表明:HDFs外泌体具有抗皮肤衰老的特性,有预防和治疗皮肤衰老的潜力。
研究人员开发了“无针”注射模式将外泌体送至靶细胞。
在裸鼠光老化模型中,经3D培养后的HDFs外泌体处理的小鼠的皮肤厚度比未经处理的小鼠高20%,比经过间充质干细胞(MSC)外泌体处理的小鼠高5%。此外,3D培养后的HDFs外泌体处理过的皮肤所产生的胶原蛋白要比MSC外泌体处理过的皮肤高出30%。
3D培养后的HDFs外泌体抑制紫外线(UVB)诱导的金属蛋白酶-1(MMP1)的表达, 恢复了I型胶原蛋白的表达,并激活了TGF-β信号通路。此外, 3D培养后的HDFs外泌体通过下调肿瘤坏死因子-α(TNF-α)的表达改善皮肤的炎症和衰老。
根据大量的临床试验证明:使用一些温和的导入方法,如微针、滚针、电光以及CO2介导法来在肌肤上产生微小伤口。当干细胞外泌体直接涂抹在肌肤表面上的时候,据大多数的外泌体由于表面肌肤的角质层的阻隔作用而进入不了肌肤内层的目标细胞,既表皮层的肌底细胞,但是一旦用介导方法破皮之后,外泌体可以直接顺着细胞通道直达肌底细胞,发挥它的护肤养肤的作用。
参考文献
[1] Sheller-Miller S, Choi K, Choi C, et al. Cre-Reporter Mouse Model to Determine Exosome Communication and Function during Pregnancy[J]. American Journal of Obstetrics & Gynecology, 2019.
[2] Fu W, Lei C, Liu S, et al. CAR exosomes derived from effector CAR-T cells have potent antitumour effects and low toxicity[J]. Nature communications, 2019, 10(1): 1-12.
[3] Hu S, Li Z, Cores J, et al. Needle-Free Injection of Exosomes Derived from Human Dermal Fibroblast Spheroids Ameliorates Skin Photoaging[J]. ACS nano, 2019.
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