磨损颗粒引起种植体周围骨溶解是无菌性松动的重要病理因素，控制假体无菌性松动具有重要的社会意义。虽然人类脐带间充质干细胞衍生的外泌体(HucMSCs-Exos, Exos)已被发现能有效促进骨生成和血管生成，但它们在假体周围溶骨中的作用仍未被探索。

        在【J Nanobiotechnology】上发表的一篇题为“PLGA nanoparticles engineering extracellular vesicles from human umbilical cord mesenchymal stem cells ameliorates polyethylene particles induced periprosthetic osteolysis”的研究中，证明了PLGA-Exos在体外刺激成骨分化的同时抑制活性氧(ROS)的产生和随后的破骨细胞分化。体内成像显示PLGA-Exos释放外泌体缓慢，并保持治疗浓度。体内实验表明，PLGA-Exos有效抑制(C2H4)n颗粒诱导的骨溶解。这些发现表明，PLGA-Exos作为一种预防和治疗假体周围骨溶解的治疗方法具有潜力。而且为骨溶解症的临床治疗提供了新的见解。

 

研究结果

1.人脐带间充质干细胞来源的外泌体的提取与表征

图1A：流式细胞术分析HucMSCs的典型表面标记物。

图1B：透射电镜检测外泌体。

图1C：动态光散射法和zeta电位测定外泌体。

图1D：Western blot分析HucMSCs和外泌体的标记物表达。

以上数据表明，HucMSCs-Exos的成功分离。

 

2.PLGA-Exos的构建与表征

图2A：PLGA和PLGA- exos的透射电镜图像。

图2B-C：动态光散射法和zeta电位测定PLGA和PLGA- Exos。

图2D：Western blot分析PLGA、Exos和PLGA-Exos标记物表达。

图2E：PLGA-Exos和PLGA/Exos混合物中外泌体随时间的定量分析。

图2F：RAW264.7与M2-BMSCs-Exos共聚焦图像。

以上数据表明，PLGA-Exos制备成功。

 

3.PLGA-Exos增强体外成骨分化，抑制破骨细胞形成

图3A：免疫荧光图像显示骨髓间充质干细胞内化Dil标记的Exos和骨髓间充质干细胞细胞核用DAPI染色。

图3B-C：成骨诱导后3天和 7天的骨髓间充质干细胞ALP活性测定。

图3D-E：接受Exos治疗的骨髓间充质干细胞中ALP和Ca2 +水平的定量分析。

图3F-I：成骨诱导14 d后骨髓间充质干细胞进行茜素红染色和天狼星红染色，测定茜素红染色和天狼星红染色后洗脱液的吸光度。

图4A：免疫荧光图像显示RAW264.7细胞内化Dil标记的Exos和RAW264.7细胞的细胞核用DAPI染色。

图4B：荧光显微镜下检测活性氧的产生。

图4C-E：测定TRAP+多核破骨细胞数量及TRAP+细胞面积。

图4F-G：采用ELISA法检测RAW264.7细胞中IL-6、TNF-α水平。

以上数据表明，PLGA-Exos可以抑制P+R诱导的RAW264.7细胞的破骨细胞分化。

 

4.PLGA-Exos在PE颗粒诱导的小鼠颅骨骨溶解中的生物分布

图5 A-B：局部注射Dir标记的Exos和PLGA-Exos后的代表性荧光图像，并定量荧光强度。

图5C-D：有代表性的IVIS图像显示了小鼠颅骨区域的分布和荧光强度的定量。

图5E-F：具有代表性的IVIS图像显示PE颗粒诱导的颅骨骨溶解后主要器官中Exos和PLGA-Exos的分布。

以上数据表明，PLGA-Exos成功制备，并证实了Exos在体内的缓释。

 

   5.PLGA-Exos在体内减轻PE颗粒诱导的小鼠颅骨骨溶解

图6A：各组头颅具有代表性的微CT表面图像。

图6B-D：BV/TV、BS/BV、总孔隙度的定量分析。

图7A：HE染色的代表性图像。

图7B：TRAP染色及相应区域扩大的代表性形象。

图7C-E：计算侵蚀表面积、TRAP+破骨细胞数量、OcS/BS的定量分析。

图8A、B：OCN染色的代表性图像和OCN阳性细胞的百分比。

图8A、C：IL-6染色代表图及IL-6阳性细胞百分比。

图8A、D：TNF-α染色代表性图像及TNF-α阳性细胞百分比。

 

以上数据表明，与Exos组相比，PLGA-Exos组在预防PE诱导的小鼠骨溶解方面具有更好的效果。

 

结论

        在这项研究中，作者成功地设计和表征了PLGA-Exos，以减轻和治疗假体周围的骨溶解。值得注意的是，PLGA-Exos有效地保留了内部外泌体固有的生物学功能。数据明确地表明，PLGA-Exos具有在局部骨溶解部位连续释放外泌体的能力，从而在最需要外泌体的地方精确地维持治疗有效的外泌体浓度。PLGA-Exos在预防和治疗假体周围骨溶解中起着双重的关键作用。首先，它们促进局部骨髓间充质干细胞的成骨分化，促进骨再生。其次，它们通过释放外泌体阻碍巨噬细胞的破骨分化，从而抑制骨吸收。该研究为假体周围骨溶解的临床干预提供了一种新的方法，PLGA-Exos缓释系统为治疗性外泌体的临床应用提供了新的视角。

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