MSC 外泌體簡介

創傷、疾病、衰老或先天性缺陷造成的組織損傷是臨床常見的重大問題，基于此，興起了“再生醫學”的概念。

再生醫學，旨在通過修復、替換或再生受損的組織和器官來解決上述臨床問題。

在再生醫學領域，干細胞由于具有自我更新和分化成特殊細胞類型的能力是首當其沖的核心手段。尤其是間充質干細胞（MSC）已成為基于干細胞的療法的主要產品。

然而，MSC的臨床使用面臨一些風險。比如，MSC的可能出現靜脈輸注毒性；如果增殖和分化失調，可以形成異位組織和腫瘤。

因此，作為一種替代方法，使用源自MSC的外泌體進行再生療法，就越來越“吃香”！

外泌體可以從人體的大多數細胞（包括 MSC）中釋放，存在于所有體液中，如血液、尿液、唾液、滑液、膽汁、母乳、羊水和精液。

MSC衍生的外泌體與來自其他細胞類型的外泌體一樣，通過將蛋白質、mRNA和調節性 microRNA （miRNA） 以及其他旁分泌介質（如細胞因子和生長因子）轉移到受體細胞。

它們可以通過多種機制促進組織修復。將再生因子和遺傳物質轉移到受體細胞，對細胞進行重新編程；調節免疫反應和炎癥，創造一個促進再生的微環境；此外，刺激常駐干細胞和祖細胞以增強內源性修復過程。

因此，它們可以模擬和復制 MSC 的生物學功能，并且可以作為更安全的、基于 MSC 的無細胞治療方法。

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MSC 外泌體，皮膚傷口愈合

慢性皮膚傷口是臨床很難搞的癥狀，使用MSC或其分泌的外泌體的再生策略有望通過各種機制促進傷口愈合。

MSC來源的外泌體可通過調節性miRNA來調節慢性傷口中的炎癥反應。如，通過miR-21、miR-146a和miR-181等miRNA來調節下游炎癥基因，從而促進抗炎M2巨噬細胞極化并抑制M1巨噬細胞。這有助于解決阻礙愈合的長期炎癥。

除調節炎癥和上皮化外，MSC外泌體還可以加強愈合過程的另外兩個關鍵：血管生成和膠原蛋白/ECM 重塑。

多項研究證實，當應用于皮膚傷口模型時，來自誘導多能、脂肪或其他 MSC 來源的外泌體會刺激膠原蛋白合成和血管生成。

MSC外泌體還可以與生物材料結合時，促進受損傷口的全面再生。進一步優化外泌體生產、貨物和載體可以實現有效的臨床轉化。

MSC 外泌體 VS 骨缺損再生

由創傷或疾病引起的骨缺損可以使用骨移植物通過手術治療。

自體移植物因其骨誘導和骨傳導特性而被認為是金標準，但它們存在感染風險。

合成支架與間充質干細胞（MSC）相結合是一種很有前途的替代方案。

盡管基于 MSC 的組織工程對骨再生有效，但同樣存在一定局限性，包括培養過程中的表型變化、低細胞遞送和存活率。

因此，使用外泌體進行替代是一個可行的解決方案。。

來自骨組織細胞的外泌體（如MSC、成骨細胞）可以調節成骨和骨重塑。通過調節靶基因表達的特異性miRNA誘導MSC的成骨分化。

外泌體miRNA還刺激成骨細胞增殖和血管生成。

將MSC外泌體固定在支架上可實現持續釋放，通過骨誘導和MSC募集促進骨再生。

此外，MSC外泌體具有免疫調節作用，通過抑制促炎因子TNF-α和IL-1β以及增加抗炎因子TGF-β來促進骨折愈合。

總之，外泌體通過無細胞方法刺激成骨、血管生成和骨重塑，以增強骨缺損修復。

MSC 外泌體 VS 軟骨再生

由于軟骨的內在自我修復能力差，由損傷或骨關節炎引起的軟骨缺損構成了重大的臨床挑戰。

軟骨的無神經性意味著損傷無法通過大多數組織的典型傷口愈合機制進行修復。軟骨中的低細胞性和缺乏干細胞池意味著內在的再生能力有限。

目前的治療方法，如微骨折和自體軟骨細胞植入，已經顯示出一些療效，但不是最佳解決方案。

使用MSC相關的再生策略已成為一種很有前途的軟骨修復替代方案。這其中MSC外泌體可以通過多種機制刺激軟骨修復和再生。

首先，它們可以增強軟骨細胞的遷移、增殖和基質合成，從而直接再生軟骨；其次，它們可以抑制骨關節炎軟骨細胞的炎癥反應和細胞凋亡。

MSC 外泌體已被探索為獨立注射或與生物材料支架聯合使用，以改善定位和保留。

水凝膠和3D打印基質等支架提供結構支撐，并且可以模擬天然軟骨細胞外基質環境。從這些支架中持續釋放外泌體可能有助于在較長時間內發揮生物效應，以實現功能性軟骨修復。

MSC 外泌體和皮膚美容

如上所述，MSC外泌體具有獨特的細胞增殖、再生和傷口愈合能力。

由于這些特性，MSC外泌體可以在痤瘡愈合過程中的皮膚年輕化、皮膚微環境和傷口修復中發揮至關重要的作用。

皮膚衰老研究證明，干細胞衍生的外泌體對減少皮膚老化至關重要。外泌體可以減少人真皮成纖維細胞的衰老，從而維持皮膚膠原蛋白的水平。（請參考《》）

除了減少衰老外，干細胞來源的外泌體在傷口愈合中起著至關重要的作用，尤其是對于無痕愈合的使用。

源自人類脂肪間充質干細胞的外泌體可以調節無痕愈合相關的因子，從而有助于無疤痕恢復。原理和皮膚傷口愈合一樣。

MSC 外泌體載藥

天然的外泌體可以包裝各種生物活性分子，包括有助于其生物效應的蛋白質、脂質、mRNA和microRNA。

從藥物設計的角度，可以設計具有特定功能的藥物載體的外泌體，從而實現不同再生的臨床應用。

如，在MSC中過表達特定的microRNA可以將這些miRNA的水平提高加載到分泌的外泌體中。過表達miR-375的MSC被證明可以將miRNA包裝到外泌體中，提高了它們在心臟修復模型中的療效

同樣，用藥物或生長因子處理MSC會得到更高濃度的外泌體。

使用電穿孔、超聲處理和合成脂質體開發加載siRNA、mRNA 甚至其它藥物的外泌體工程方法正在開發中。

使用電穿孔技術在MSC外泌體中加載針對靶基因的外源siRNA，可以成功遞送siRNA和沉默基因。

將化療藥物直接包裝到腫瘤細胞來源的外泌體中，可以在體內將靶向藥物遞送到癌細胞。

MSC 外泌體分離的挑戰

外泌體分離過程有多個步驟，這些工藝步驟都基于外泌體特征的特征，如密度、形狀、大小和表面蛋白。

這些技術步驟包括差速超速離心、大小分子篩、免疫親和捕獲、外泌體沉淀和微流體技術的技術等。

其中，超速離心被認為是外泌體分離的金標準方法。

但是，目前的臺式離心技術，如超速離心和密度梯度，在外泌體純度、完整性和產量方面存在局限性，無法獲得足夠的外泌體用于臨床應用。

因此，外泌體的分離在工藝上存在較大的挑戰。這包括，長時間的超速離心會因為過高的離心力破壞外泌體；使用抗體捕獲外泌體的免疫親和方法成本高昂，產量低等.

一些新的技術需要被探索和嘗試，如切向流過濾、聚合物沉淀、微流體 和靜水透析等。

總體而言，外泌體的分離和生產仍需要創新的工程解決方案來實現可擴展、可重復的外泌體分離，同時保持治療活性。

MSC 外泌的存儲

研究表明，與液體儲存相比，凍干（冷凍干燥）可以顯著延長外泌體的保質期。

凍干的MSC外泌體在-20°C下儲存時，可保持結構完整性和生物活性至少6個月。在 4°C 的 PBS 中冷藏可保持外泌體質量長達 7 天，而在 -20°C 或 -80°C 下冷凍可使完整的外泌體保存至少 90 天。

和細胞相比之下，MSC的效力在冷藏后 1-3 天內下降，冷凍后 7-14 天內下降。

此外，外泌體比細胞更耐受凍融循環。反復解凍和再冷凍使外泌體顆粒數量僅減少了13%，而細胞活力損失了61%。

這些新興的穩定性研究表明，外泌體療法有望克服細胞產品儲存和保質期的限制。

從這個角度，外泌體在使用場景上比單純的MSC細胞策略，更具有穩定性、可操作性和成本可控性。