Small Science:极化巨噬细胞以增强细胞膜包覆纳米颗粒对骨关节炎的疗效

原创署名:潘奕辰

骨关节炎(Osteoarthritis,OA)是一种与疼痛和炎症相关的慢性退行性关节疾病,多发于膝关节,是全球残疾的主要原因。随着老龄化和肥胖症的人群比例上升,患上OA的人数预计会有所增加,并带来疼痛、残疾、生产力缺失和医疗保健系统等方面的整体性压力。因为OA炎症由多种炎性细胞因子驱动,包括细胞因子、基质金属蛋白酶、活性氧和氮物质等,其复杂性使得特定的抗细胞因子疗法功效有限。一系列抗细胞因子疗法在临床试验中不成功,迫使研究者开发一种包罗万象的广谱抗炎策略来治疗OA。而在OA炎症相关的免疫细胞中,促炎M1和抗炎M2巨噬细胞具有相反的作用,巨噬细胞膜包覆金纳米颗粒可用作治疗OA的广谱抗炎剂,并且可以利用特定巨噬细胞亚群(M0、M1和M2)的极化来增强疗效。

近日,新加坡国立大学David Tai LeongWei Seong Toh团队在Small Science上发表了研究文章,描述了一种简便的策略,通过极化巨噬细胞来增强巨噬细胞膜包覆金纳米粒子对OA的疗效。

在本研究中,作者用干扰素 (IFNγ)和脂多糖(LPS)对大鼠巨噬细胞(NR8383)进行了高效极化,分别转变为促炎巨噬细胞M1和抗炎巨噬细胞M2两种亚群。接着,作者从M0(幼稚巨噬细胞)、M1和M2中提取细胞膜并用于包覆金纳米粒子,用透射电子显微镜和动态光散射对所制备的核壳结构进行了表征。结果显示,与未处理的金纳米粒子相比,膜包覆后纳米粒子的尺寸增加了25~100nm,表面zeta电位的测量则表明金纳米粒子成功被细胞膜包覆。

之后,作者评估了几种膜包覆纳米粒子捕获促炎细胞因子的能力。实验结果显示,所制备的Au-M2具备最有效的细胞因子海绵能力,并且可以减轻由细胞因子IL1β诱导的软骨细胞炎症和基质降解。同时,Au-M2有效地消除了IL1β诱导产生的MMP13蛋白,并显著抑制了因IL1β刺激产生的一氧化氮。基因表达分析证实,在处理24和72小时后,软骨基质基因ACAN、COL2A1和COL6A1等合成代谢标志物显著增加,接近了对照组的水平,而促炎基因CCL5、IL6和IL8的分解标志物mRNA水平则在24h内被显著抑制。

总的来说,这项工作中Au-M2显示了减轻OA炎症和基质降解方面的增强疗效。作者表示:疗效的提高主要来自于M2巨噬细胞膜比其他巨噬细胞对应物具有更高的细胞因子海绵能力;此外,这种通过离体晚期巨噬细胞的极化来增强膜包覆纳米粒子疗效的思路,也可能应用于其他人体炎症疾病。

文章信息:

Macrophage Polarization as a Facile Strategy to Enhance Efficacy of Macrophage Membrane-Coated Nanoparticles in Osteoarthritis

Kristeen Ye Wen Teo, Cansu Sevencan, Yi Ann Cheow, Shipin Zhang, David Tai Leong*, Wei Seong Toh*

Small Science

DOI: 10.1002/smsc.202100116

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smsc.202100116