2020年10月15日

研究人员揭示了细胞外囊泡的愈合机制

心肌细胞(品红色)的核(蓝色)周围的内皮源电动汽车(绿色)。图片来源:疾病生物物理学组/哈佛SEAS

细胞外囊泡(EVs)是在细胞之间传播以传递线索和货物的纳米级信使,是用于从自体免疫和神经退行性疾病到癌症和组织损伤的一切事物的下一代疗法的有前途的工具。来自干细胞的电动汽车已被证明可以帮助心脏病发作后的心脏细胞恢复,但究竟如何提供帮助以及其有益效果是否专门针对源自干细胞的电动汽车仍是一个谜。

如今,哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员揭示了电动汽车治愈能力背后的潜在机制,并证明了它们不仅能够在电动汽车恢复生命后恢复细胞活力。 会在心脏病发作期间缺氧时保持细胞正常运作。研究人员在 使用带有嵌入式传感器的芯片上心脏,该传感器连续跟踪组织的收缩。

研究小组还证明,这些细胞间的旅行者可能来自内皮细胞,内皮细胞排列在血管表面,比内皮细胞更丰富,更易于维护 .

该研究发表在 科学转化医学。

SEAS的塔尔家族生物工程与应用物理教授,该研究的高级作者基特·帕克说:“我们的片上器官技术已经发展到了现在我们可以对抗药物靶标而不是芯片设计的水平。” “通过这项研究,我们在人类细胞芯片上模拟了人类疾病,并开发了一种新颖的治疗方法。”

当心脏的血液流动受阻时,就会发生心脏病发作或心肌梗塞。当然,最好的治疗方法是 是为了恢复血液流动,但该过程实际上可能对心脏细胞造成更多损害。所谓的 (IRI)或复氧损伤,发生在缺氧一段时间后血液供应返回组织时。

“细胞对IRI的反应涉及多种机制,例如钙和质子超载, SEAS和Wyss生物启发工程研究所的博士后研究员,论文的第一作者Moran Yadid说:“线粒体功能障碍等。”这些问题。”

那就是内皮源电动汽车(EEV)的来历。由于这些囊泡是从血管组织衍生而来的,这种血管囊经过独特调节以感知低氧应激,研究人员推测,它们所携带的货物可以对 .

研究人员绘制了囊泡可以表达或可以表达的整个EEV蛋白图。

Yadid说:“令人惊讶的是,即使这些囊泡的直径只有一百五十纳米,它们仍含有近2,000种不同的蛋白质。” “许多这些蛋白质与 如呼吸,线粒体功能,信号传导和体内平衡。换句话说,许多过程与心脏对压力的反应有关。因此,我们认为外泌体不是一种具有治疗作用的分子,而是包含一分子的分子和蛋白质,可以共同帮助细胞维持体内稳态,应对压力,改变代谢作用并减少损伤的程度。”

该团队使用由SEAS疾病生物物理学小组开发的“芯片上心脏”模型测试了EEV对人体心脏组织的影响。片上器官平台模拟天然组织的结构和功能,并允许研究人员实时观察人体组织损伤和治疗的影响。在这里,研究人员在注入EEV和未注入EEV的芯片上模拟了心肌梗塞和复氧。

研究人员发现,在接受EEV治疗的组织中,心肌细胞可以更好地适应压力条件并承受更高的工作量。研究人员通过三小时的氧气限制和90分钟的再充氧诱导了损伤,然后测量了死细胞的比例和组织的收缩力。用EEV治疗的心脏组织死后细胞的数量是后者的一半,而收缩力是未治疗的未损伤组织的四倍。

研究小组还发现,用EEV处理过的受损心肌细胞显示出一组蛋白质,与未处理过的细胞相比,这些蛋白质与未受伤的蛋白质更为相似。令人惊讶的是,研究小组还观察到,即使没有氧气,用EEVs处理的细胞也会继续收缩。

“我们的发现表明,EEV可以保护心脏 补氧损伤的一部分 含有支持不同代谢过程的蛋白质和信号分子,为新的治疗方法铺平了道路。”该研究的共同作者,哈佛医学院病理学客座教授AndréG.Kléber说。

帕克说:“当一种分子,一个靶标的传统模型无法治愈这种疾病时,外泌体细胞疗法可能是有益的。” “凭借我们所管理的囊泡,我们相信我们正在采取shot弹枪的方法来打击药物靶标网络。借助我们的芯片上器官平台,我们将准备以治疗性方式使用合成外泌体,这可能会更有效,更适合可靠的制造。”

更多信息: Moran Yadid等人,内皮细胞外囊泡中含有保护性蛋白,可以挽救人体片上心脏的缺血再灌注损伤, 科学转化医学 (2020)。 DOI:10.1126 / scitranslmed.aax8005

期刊信息: 科学转化医学

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