Nature子刊：纳米颗粒控制循环外泌体分布治疗梗死的心脏组织 / 开普饭

近日，口腔医院金岩教授、西安交通大学陈鑫教授合作在Nature Biomedical Engineering杂志（影响因子18.952）上发表文章，报道了一种利用三氧化二铁（Fe3O4）芯、二氧化硅（SiO2）壳和CD63抗体、MLC抗体制作的纳米颗粒，将循环中的细胞外囊泡/外泌体引导到梗死的心脏组织中，从而达到减少梗死面积、改善心功能的作用。

外泌体是天然的纳米级细胞外囊泡（EVs），携带多种信号传导生物分子，包括蛋白质、mRNA和microRNA。外泌体已被认为是介导细胞之间的系统性信息交换和长距离相互作用的细胞外细胞器。内源性细胞外囊泡的全身生物分布对于维持组织动态平衡至关重要。它们在维持组织稳态和病理过程，例如免疫反应、肿瘤转移和病毒传播中具有重要作用。这些功能都高度依赖于全身性外泌体的生物分布。

因此，应该有可能制定策略来有目的地、准确地控制外泌体的生物分布，从而促进治疗的生物学效应。然而，鉴于内源性外泌体生物分布调控的基本机制尚不清楚，因此通过调控分子信号来控制外泌体生物分布具有挑战性。

纳米颗粒被广泛用于精确靶向和分子递送，因此原则上可以用于按需操纵内源性外泌体的生物分布。该研究描述了这样一种纳米颗粒“囊泡运输机”。囊泡运输系统由用于磁场诱导的靶向的三氧化二铁（Fe3O4）芯，二氧化硅（SiO2）壳和与两种类型的抗体（一种抗目标外泌体上的抗原CD63，另一种针对受体受损细胞上MLC）。具有这种核-壳-冠结构的囊泡运输可以有效地收集、运输和释放循环的外泌体到生物体的指定区域（图1）。

囊泡运输方法示意图

研究验证了囊泡运输系统作为治疗心肌梗塞（MI）的潜力，心肌梗塞是全世界致死的主要原因之一。先前的研究表明，MI后内源性循环外泌体可以改善心脏功能。该研究表明囊泡穿梭具有有效地根据需要增加梗死区域周围的治疗性循环外泌体浓度的能力。在概念验证的水平上，这导致了MI后心脏功能的显著改善，表明通过内源性外泌体生物分布的控制，治疗是可行的。

该纳米颗粒的体外和体内外泌体释放特性

该研究显示梗死的心脏组织中的血管生成和心脏功能可以通过使用磁性纳米颗粒从循环中收集的外泌体的局部积累而得到改善。纳米颗粒由Fe3O4核和二氧化硅壳组成，二氧化硅壳上装饰有通过键与两种类型的抗体结合的聚乙二醇，该两种类型的抗体与细胞外囊泡表面的CD63抗原或受损心肌细胞上的肌球蛋白轻链表面标记结合。在施加局部磁场时，在受损心脏组织的酸性pH下纳米颗粒的积累和腙键的断裂导致捕获的囊泡的局部释放。在心肌梗死的兔子和大鼠模型中，磁性引导表达CD63的外泌体在梗死组织中积累，促进梗死面积的减小以及左心室射血分数和血管生成的改善。该方法可用于操纵内源性外泌体生物分布，以治疗其他疾病。

注射该纳米颗粒可改善心肌梗死后的心功能

参考文献：

LiuS, Chen X, Bao L, Liu T, Yuan P, Yang X, Qiu X, Gooding JJ, Bai Y, Xiao J, PuF, Jin Y. Treatment of infarcted heart tissue via the capture and local delivery of circulating exosomes through antibody-conjugated magnetic nanoparticles. Nature Biomedical Engineering. 2020Nov;4(11):1063-1075. doi: 10.1038/s41551-020-00637-1. Epub 2020 Nov 6. PMID:33159193.