Materials Today Bio|温州医科大附二医张小磊：新型组织粘附性双敏水凝胶释放 M2 巨噬细胞外泌体促进骨缺损修复

骨折患者中近10%可出现骨折愈合不良现象，其发生发展与巨噬细胞功能相关。巨噬细胞可分为M1型（促炎型）和M2型（抗炎型）。已有研究表明，M2型巨噬细胞外泌体（M2-Exos）可促进骨再生，但如何将M2-Exos有效释放至骨缺损部分仍是一个挑战。

近日，温州医科大学附属第二医院骨科实验室张小磊研究员团队设计了一种新型组织黏附性双敏水凝胶，实现了M2 巨噬细胞外泌体在骨缺损局部的缓释，并对其促骨缺损愈合的机制进行研究。相关成果以“A novel adhesive dual-sensitive hydrogel for sustained release of exosomes derived from M2 macrophages promotes repair of bone defects”为题发表在Materials Today Bio上（2023 Nov 2:23:100840）。

该课题组研发的M2-Exos@F127/HA-NB，一种基于组织粘附性HA-NB基团的F127/HA-NB水凝胶，用于搭载M2-Exos。该水凝胶具有光敏和温敏特性，并具有组织粘附性和外泌体缓释效果，可实现在损伤部位的成胶和外泌体的原位缓释，有效加速骨缺损愈合。在机制上，M2-Exos可通过激活wnt/β-catenin信号通路促进骨髓间充质干细胞（BMSCs）成骨分化。总的来说，这项研究中的M2-Exos@F127/HA-NB具有优越的骨再生促进作用，为骨缺损的无细胞治疗提供了新策略。

 图1. 研究示意图

作者使用IL-4（20 ng/mL, 24h）诱导小鼠单核巨噬细胞（RAW264.7）M2型极化，选取最优的M2外泌体诱导分化浓度和作用时间。随后采用梯度超速离心法进行外泌体提取，并通过Weatern Blot, Nanosight和透射电镜对所获得外泌体进行鉴定。

图2. M2 极化条件的优化和外泌体的表征

随后，作者对水凝胶F127/HA-NB进行了表征，使用流变仪检测水凝胶F127/HA-NB在37℃和紫外光照下的流变性质，搭接剪切试验检测水凝胶在大鼠颅骨上的组织粘附性，拍摄电镜观察水凝胶的孔隙结构。结果显示，该水凝胶具有F127的温敏性质和致密结构、HA-NB的光敏性质和组织粘附特性。将M2-Exos搭载于该水凝胶上合成M2-Exos@F127/HA-NB，实验结果显示，M2-Exos@F127/HA-NB可持续释放外泌体大约14天，增强细胞活力且不影响细胞凋亡，具有良好的生物活性。

 图3. M2-Exos@F127/HA-NB 的合成和表征

接下来，作者将外泌体与水凝胶浸提液分别处理BMSCs，发现M2-Exos和M2-Exos@F127/HA-NB均可促进BMSCs体外成骨，但M2-Exos@F127/HA-NB的促成骨效果优于单纯M2-Exos，这可能得益于水凝胶的外泌体缓释功能。

图4. M2-EXOs@F127/HA-NB的BMSCs体外成骨效果评估

Weatern Blot和细胞荧光结果显示M2-Exos可上调骨再生经典通路蛋白β-catenin的蛋白表达，促进GSK-3β磷酸化，并促进β-catenin入核。敲低β-catenin后，M2-Exos的促成骨效果被抑制，提示其作用机制是通过wnt/β-catenin信号通路。在体内实验中，M2-Exos@F127/HA-NB表现出优异的促骨再生能力，可加速骨成熟，有效促进骨缺损愈合。

图5. M2-Exos激活Wnt/β-catenin信号通路促进BMSCs成骨分化

图6. M2-Exos@F127/HA-NB 水凝胶的体内功效评估

温州医科大学附属第二医院研究生赵晓莹（硕士）、陈西淼（博士）、邓雨欣（硕士）、吴宸宇（硕士）为文章的共同第一作者，桂林医学院附属医院贝潮涌教授、上海交通大学生物医学工程院朱麟勇教授、温州医科大学附属第二医院余华晨副主任和浙江省骨科重点实验室张小磊研究员为文章的通讯作者，该工作得到了浙江省自然科学基金的支持。

参考文献：

A novel adhesive dual-sensitive hydrogel for sustained release of exosomes derived from M2 macrophages promotes repair of bone defects. Mater Today Bio. 23, 100840 (2023). https://doi.org/10.1016/j.mtbio.2023.100840.

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