Advanced Functional Materials: 双重靶向仿生纳米细胞助力修复受损心脏

近日,美国北卡罗莱纳州立大学-北卡罗莱纳大学教堂山分校联合生物医学工程系、北卡罗莱纳州立大学分子生物医学系程柯教授课题组在Advanced Functional Materials上发表了“双重靶向仿生纳米细胞”的研究成果,为治疗心血管疾病带来了新型的治疗策略。研究团队通过利用生物活性化合物和血小板的天然靶向性,结合仿生纳米细胞,制备成双重靶向仿生纳米细胞。在动物模型中验证了该仿生纳米细胞在损伤心脏中具有良好的靶向性,可显著改善损伤心脏的心功能。

众所周知,对于冠心病患者来说,药物治疗更多的作用在于改善临床症状。急性心肌梗死发生后,通过再灌注治疗可及早恢复心肌灌注,有利于减少心肌梗死面积、改善临床预后,但是受限于临床治疗时间窗短。同时,缺血心肌血流快速恢复后可引起心肌缺血再灌注损伤,临床上存在恶性的心律失常、心肌坏死面积扩大甚至猝死发生的可能性。并且冠状动脉的长期狭窄也可导致心肌损伤。干细胞疗法通过分泌外泌体和生长因子等生物活性物质可促进损伤心肌组织的修复,目前已得到广泛证实。然而细胞疗法目前还存在着诸多问题,包括经血管移植后缺乏靶向性、在缺血心脏中的存留率低以及细胞制备提取过程复杂等。那么,有什么办法可以用最小的创伤、针对性的有效治疗损伤心脏呢?

首先,研究人员指出,利用新型技术提取天然细胞中所分泌的生长因子等活性治疗物质制备纳米级仿生细胞。为了让仿生细胞精准地递送到损伤心脏区域,研究团队设计了一种双重靶向的方式。研究发现,前列腺素E2对缺血再灌注后受损心肌细胞有靶向性,血小板表面的膜蛋白对于损伤的血管具有天然靶向性。因此,研究团队将前列腺素E2修饰于血小板细胞膜表面,再将这种血小板膜包裹在纳米级仿生细胞周围,获得具有双重靶向性的仿生纳米细胞。

 

为了观察靶向仿生纳米细胞的治疗效果,研究团队在心肌缺血再灌注损伤小鼠模型中进行了实验研究。研究发现,经静脉注射后此仿生纳米细胞具有良好的靶向性,可有效富集于心脏受损区域,并且不会诱发体内的免疫反应,在血液循环系统中可长时间停留。注射双重靶向仿生纳米细胞4周后,小鼠心脏上的瘢痕组织面积明显减少。进一步观察小鼠左心室泵出的血液量发现,相比于未经治疗的小鼠,使用双重靶向仿生纳米细胞治疗的小鼠心脏的泵血能力明显改善。同时,经双重靶向仿生纳米细胞治疗后,小鼠受损心脏区域周围有更多的新生血管形成,有助于更好地修复受损的心脏组织。因此,这种仿生纳米细胞对受损心脏区域具有双重靶向和治疗作用:一方面借助表面的血小板膜靶向受损血管,同时利用前列腺素E2与受损心肌细胞表面受体结合,将治疗性蛋白生长因子精准输送到受损心肌组织。

该研究成果有望为靶向修复心肌损伤提供一种新型的治疗策略。

研究成果以Platelet-Inspired Nanocells for Targeted Heart Repair After Ischemia/Reperfusion Injury为题在线发表在Advanced Functional Materials(https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201803567?af=R)上并被选为该期杂志的封面文章。研究团队的苏腾博士、黄珂博士和北卡大学教堂山分校医学院马宏博士为该论文的共同第一作者。

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