細胞外囊泡利用衰老進行治療通過EV實現復興和再生

細胞外囊泡(外泌體)利用衰老進行治療通過EV實現復興和再生

細胞外囊泡(外泌體;EV)能夠對其靶細胞進行程式設計以遵循特洛伊木馬方法,這使它們能夠根據其來源細胞發揮致病和治療作用。在衰老微環境中,EV可以通過擴增方式從衰老細胞中傳播衰老表型。然而,它們也可以是無細胞治療材料和工具,沒有腫瘤誘導的風險,並且在再生和恢復過程中表現出低的免疫排斥的可能性。已經確定EV是用於實現抗衰老目標的下一代候選者。

治療性EV有天然的、改良的和人工來源的。在天然來源中,幹細胞是主要來源,年輕捐贈者是提供這些來源的主要人群。源自幹細胞的EV含有多種貨物,可以執行抗氧化應激和抗炎活性,以誘導抗衰老作用。

幹細胞衍生療法

紫外線輻射是皮膚光老化的外在因素,通過ROS產生和細胞外基質降解干擾人類真皮成纖維細胞(HDF)。來自人臍帶間充質幹細胞(MSC)、脂肪來源幹細胞(ADSC)和誘導多能幹細胞(iPSC)的EV預處理和後處理與廣泛的抗光老化功能有關,包括成纖維細胞增殖、膠原蛋白生物合成、DNA修復和紫外線防護。由於其抗氧化蛋白,例如谷胱甘肽過氧化物酶1、超氧化物歧化酶和過氧化氫酶,來自上述細胞來源的EV非常適合控制線粒體膜和清除累積的ROS。人類iPSC表現出比間充質幹細胞更強的抗光老化能力,EV產量是其16倍。然而,在傷口癒合和炎症性疾病中,抑制強大的免疫反應是基於幹細胞的EV治療的關鍵機制。心肌梗塞或氧化劑治療後,衰老的心肌細胞在局部炎症反應中富集。源自間充質幹細胞的外泌體lncRNA MALAT1抑制NF-κB/TNFα途徑,以挽救肌細胞免於衰老,並增加左心室射血分數和分數縮短。ADSC外泌體治療啟動S1P / SK1 / S1PR1信號傳導並促進巨噬細胞M2極化以減輕心臟損傷。ADSC外泌體還可以下調OA成骨細胞中的炎性細胞因數和PGE2表達。全身性炎症與隨著年齡的增長而丟失的下丘腦幹細胞有關。使用來自下丘腦幹細胞的外泌體miRNA進行核心治療可以抑制NF-κB功能並恢復GnRH分泌,從而減少生理缺陷並延長壽命。

來自幹細胞的EV也繼承了拯救靶幹細胞幹性的能力。人類胚胎幹細胞衍生的EV可以緩解組織駐留幹細胞(如BMSC)的衰老,以防止隨著年齡的增長而骨質流失。間充質幹細胞還可以通過miR-302b和HIF-1啟動將自己從衰老中拯救出來並改善幹性。為了治療神經退行性疾病,從幹細胞中獲得的EV主要轉移miRNA以促進溶酶體恢復和細胞毒性蛋白降解。有趣的是,從尿液來源的幹細胞中無創收獲的EV含有含有膠原蛋白的三螺旋重複1 (CTHRC1) 和骨保護素(OPG),可有效減少與年齡相關的骨質流失。使用這些EV治療是骨質疏鬆症患者的另一種再生療法,他們可以無限制地獲得關鍵治療部分。

年輕供體衍生療法

在骨髓移植中,供體年齡是一個基本問題,因為與造血幹細胞(HSC)衰老相關的植入失敗。儘管如此,年輕的供體來源的囊泡可以使老年HSC恢復活力,以改善自體移植。來自年輕供體血清的EV含有高水準的煙醯胺磷酸核糖轉移酶(eNAMPT)和谷胱甘肽相關蛋白(GSTM2),兩者都在抗氧化中起作用,並且其水準隨著年齡的增長而下降。NAMPT增強NAD生物發生,並對下丘腦,胰腺,視網膜和海馬體具有抗衰老作用。GSTM2增強內在谷胱甘肽-S-轉移酶活性以清除ROS並防止脂質過氧化。在抗炎方面,來自年輕小鼠血清的EV可以使老化的胸腺恢復活力,並增強中樞負選擇信號以增強中樞耐受性。然後,他們可以通過穿過血腦屏障來改善外周和中樞神經系統的自我免疫反應。來自年輕供體來源的EV的 miRNA還可以減少端粒縮短和DNA損傷。

百歲捐贈者衍生療法

面臨外部和內部危險因素的老化微環境配備了相當大的抗氧化機制來消除內皮EV和HUVEC EV中的ROS,其中主要含有抗氧化酶和肽以及NADPH合成酶。鑒於這種適應能力,百歲捐贈者衍生的電動汽車可能具有更有效的抗氧化劑來維持器官和全身平衡。在百歲老人的成纖維細胞中,EV含有高水準的酶RNAseH2C,可以抑制DNA損傷誘導的炎症並改善與年齡相關的低度慢性炎症。這種現象也暗示著抗氧化機制是衰老微環境中病理轉化的另一個可控節點。在某種程度上,用抗氧化元素進行干預可以支援微環境的穩定性。

儘管從細胞或健康供體血清中純化的EV可以直接對恢復活力產生深遠的作用,但天然無細胞療法仍然存在效率低下的問題,包括產量低,靶向弱,半衰期短和清除快。為了解決這些問題,應設計好改良和人工EV,以促進抗衰老治療的敏感性、特異性和安全性。

提高幹細胞中EV的產量是促進抗衰老敏感性的第一步。人iPSC通過孔徑減小的膜篩檢程式的連續擠出方法可以產生更多的細胞工程納米囊泡,顯示出減少自然老化HDF的衰老特徵和改善皮膚老化的出色能力。除了促進數量的方法外,生產高品質EV的方法對於臨床應用至關重要且有價值。植入物上的塗層可以促進EV穿透嚴格的生理屏障,使EV隨後表現出動態功能。由SHS(來自海洋海綿Haliclona的針狀體)製成的皮膚塗層與MSC衍生的外泌體一起使用,通過創建微通道增強皮膚滲透,表現出顯著的抗光老化效果,輕微的皮膚刺激。另一種塗層由硫酸化糖胺聚糖(GAGs)製成,其與EV協同作用以加強與年齡相關的骨質流失中的細胞外基質形成和礦化。預處理電池和電動汽車在品質改進方面也發揮著作用。骨質預分化10-15天的MSC可以作為成骨外泌體的來源有效地收穫,骨質外泌體在載入到3D列印鈦合金支架上後通過成骨miRNA誘導骨組織再生。體外培養為3D球狀體的細胞也可以產生高品質的EV。將抗衰老藥物作為人工納米藥物直接封裝到EV中是一種開發高親和力和高品質抗衰老系統的方法。例如,過氧化氫酶(一種抗氧化劑)的新外泌體遞送系統在鼻內遞送後對PD具有明顯的神經保護作用。

延長功能性EV的半衰期將通過防止異位分佈和清除來解決敏感性和特異性問題。年齡和組織特異性miRNA,例如miR-675,主要保留在肌肉組織中並發揮作用;這些miRNA可以封裝在EV中,並用於裝飾絲素蛋白水凝膠,以增加肌肉細胞中的保留時間,從而治癒缺血性疾病。使用這些方法,還可以解決定位問題。通過與特定的適配體組合,含有來自BMSC的miR-26a的EV可以定向驅動到骨髓,以加速骨折後的骨癒合。

為了安全起見,應儘量減少副作用,主要是涉及過度炎症的副作用。心肌梗死後,用脂多糖(LPS)預處理的BMSC的EV治療的心肌細胞可以通過介導巨噬細胞M2極化來減少細胞凋亡和炎症。在AD中,細胞因數預處理的MSC產生免疫調節和神經保護EV,在鼻內給藥後達到抗衰老和抗炎目標。

綜上所述,作為用於抗衰老治療的新興生物材料,EV在治療與年齡有關的疾病方面發揮著作用。然而,應解決與其致瘤性和可操作性有關的問題。隨著EV的多樣性及其在納米醫學中的可能應用,預計可以開發更具體的依賴EV的senolytic和senomorphic策略