米国华人研究战队设计了新的再生医学疗法来加速糖尿病的伤口修复

米国华人研究战队设计了新的再生医学疗法来加速糖尿病的伤口修复

米国西奈山伊坎医学院的研究人员设计了一种可加速糖尿病伤口修复的再生医学疗法。该疗法使用带有基因指令的微小脂肪颗粒来平抑炎症，在受损皮肤的小鼠模型中，该疗法被证明可以针对引起问题的细胞，减少肿胀和有害分子。

研究结果的细节发表在5月20日（当地时间）的《米国国家科学院院刊》(PNAS)网络版上。

米国西奈山伊坎医学院

糖尿病伤口通常对常规治疗有耐药性，给全世界数百万人带来严重的健康风险。被称为巨噬细胞的免疫细胞本应起到帮助作用，但最终却导致了炎症。这种炎症会伤害其他细胞，使伤口难以正常快速愈合。

使用脂质纳米颗粒(LNPs)，负载RNA编码IL-4，一种细胞间信号蛋白被称为细胞因子，在糖尿病伤口，治疗靶向功能失调的巨噬细胞，同时减少炎症和“活性氧”(ROS)。

ROS分子在体内各种代谢过程中自然产生，在细胞信号转导和免疫反应中发挥作用。然而，过多的ROS产生可导致氧化应激，导致细胞、蛋白质和DNA的损伤。这种应激与各种疾病和状况有关，包括炎症和衰老。

研究通讯作者：Yizhou Dong (董一舟, 音译) 博士

Yizhou Dong (董一舟, 音译) 博士是该研究的通讯作者，董是免疫学和免疫治疗教授、伊坎基因组学研究所和伊坎西奈山的Marc和Jennifer Lipschultz精密免疫学研究所成员。董指出：

在临床前模型中，该研究团队基本证明了该疗法能够将促炎巨噬细胞重新编程为修复性巨噬细胞，从而改善伤口愈合结果。功能失调的巨噬细胞驱动糖尿病非愈合的伤口，但他们可以重新对它们进行编程，以阻止损伤，转而帮助愈合过程。研究团队的目标是通过重新编程这些细胞和调节炎症环境来促进更快、更有效的伤口闭合。

今年早些时候，在一项相关研究中，董博士及其同事报道了脂质纳米颗粒增强了用于治疗糖尿病伤口的脂肪干细胞的组织工程和再生活性。

虽然目前的研究结果令人鼓舞，但研究人员强调，需要进行严格的随机对照临床试验，以确认对人类的安全性和有效性。

董还指出：

我们的最终目标是将这些发现转化为切实的糖尿病患者利益。随着进一步的研究和验证，这种RNA-LNP疗法可能通过一种相对便宜的治疗剂的轻松扩展应用，彻底改变糖尿病的伤口管理。

该研究还表明，RNA-LNP疗法可能被更广泛地设计为重新编程生物体中的致病巨噬细胞，因为促炎巨噬细胞与许多疾病有关。

这篇论文的题目是“通过活性氧清除脂质纳米颗粒mRNA制剂加速糖尿病创面愈合”。

其他作者：王思宇博士(伊坎山西奈山)；张跃宝，博士(俄亥俄州立大学)；钟宜晨，BS(伊坎山西奈)；薛永尔，博士(俄亥俄州立大学，伊坎山西奈)；刘正伟，博士(伊坎山西奈)；王畅，博士(伊坎山西奈)；Diana D. Kang(康)，博士(俄亥俄州立大学伊坎山西奈分校)；李浩源，医学博士(伊坎山西奈)；侯旭成，博士(伊坎山西奈)；田孟，博士(伊坎山西奈)；曹丁灵格，博士(伊坎山西奈)；王磊明，博士(伊坎西奈山)；郭开元，理学士(伊坎山西奈)；邓斌斌，博士(俄亥俄州立大学)；David W. McComb 博士(俄亥俄州立大学)；Miriam Merad 医学博士(伊坎山西奈)；以及Brian D. Brown博士(伊坎山西奈)。(TIPS: 以上中文姓名均为音译)

研究论文部分作者（中文姓名均为音译）

这项研究的部分资金是由国家普通医学科学研究所拨款R35GM144117。

下面是该研究团队今年初在《自然 · 通讯》(nature communications)上发表的一篇研究论著。

附：

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Published: 25 January 2024

LNP-RNA-engineered adipose stem cells for accelerated diabetic wound healing

LNP-RNA-工程脂肪干细胞加速糖尿病创面愈合

研究概要

脂肪干细胞(ASCs)由于其促进组织再生的能力而引起了广泛的关注。然而，它们有限的组织修复能力给获得最佳治疗效果带来了挑战。

在此，研究团队构思了一系列脂质纳米颗粒，以重组具有持久蛋白质分泌能力的ASCs，以增强组织工程和再生能力。

体外研究表明，异甘露聚糖衍生的脂质纳米颗粒(DIM1T LNP)可以有效地将RNA传递给ASCs。利用DIM1T LNP共交付自扩增RNA (saRNA)和E3 mRNA复合物(saRNA和E3 mRNA的结合被命名为SEC)调节宿主对saRNA的免疫反应，并促进ASCs中感兴趣的蛋白质的持久生产。

在糖尿病皮肤创面模型中，DIM1T LNP-SEC修饰的ASCs (DS-ASCs)可延长肝细胞生长因子(HGF)和C-X-C基序趋化因子配体12 (CXCL12)的表达，其创面愈合效果优于其野生型和DIM1T LNP-mRNA对应物。

总之，这项工作表明LNPs是一个有效的平台，可以改造ASCs，增强蛋白质生成能力，加速基于ASCs的细胞治疗的发展。

论文图1: LNP-RNA工程脂肪干细胞治疗急性糖尿病创面。

论文图4: DIM1T-HGF SEC LNPs工程的ASCs加速糖尿病小鼠的伤口愈合。

论文图5: 产生CXCL12的ASCs在治疗急性糖尿病创面方面优于HGF。

研究相关信息

由于其具有免疫调节和组织再生的特性，脂肪干细胞(ASCs)作为潜在治疗药物的发展受到了广泛关注。然而，它们有限的蛋白质生成能力给获得最佳治疗效果带来了挑战。为了增强ASCs对特定蛋白的分泌能力，研究团队开发了一系列二氢己糖衍生的电离脂质制剂，作为RNA介导的工程平台来重编程ASCs，并从mRNA传递效率方面分析了所配制的LNPs的结构-活性关系。

他们发现，在初级ASCs中，头部组胺核的手性（空间的螺旋特性）以及疏水尾的化学结构和长度都可以显著影响脂质衍生物的mRNA传递效率。从一系列的细胞研究中，他们发现DIM1T是在ASCs中有效传递mRNA的最佳LNP配方。重要的是，DIM1T LNPs的mRNA传递效率明显高于MC3、ALC-0315和SM102，这三种目前已获米国FDA批准的最先进的脂质制剂。

为了在ASC中诱导持续的蛋白质合成，研究团队将saRNA代替mRNA加入到DIM1T lnp介导的ASC工程过程中。与传统的mRNA不同，saRNA通过依赖于RNA的RNA聚合酶具有内在的细胞内自我复制能力，促进连续的蛋白质生产。

然而，他们在ASCs中观察到saRNA翻译的显著障碍，翻译量大幅减少，这可能归因于细胞内宿主免疫防御机制。复制翻译过程中产生的双链RNA中间体激活细胞内RNA传感器，从而激发PKR-eIF2α介导的翻译封锁。

为了规避这种抑制，研究团队研究了saRNA与编码免疫逃逸蛋白VACV蛋白E3的mRNA一起传递到ASCs。这种方法显著增强和延长了ASCs中saRNA编码的荧光素酶蛋白的表达，表达持续9天。此外，采用DIM1T LNPs共传递saRNA/E3 mRNA复合物并没有改变表型或分化潜能。

糖尿病患者的伤口愈合受损是一种严重的病理状态，伤口不能进行正常的愈合过程，导致慢性和高炎症状态。与需要9天左右才能实现完全愈合的非糖尿病小鼠相比，糖尿病小鼠的伤口在18天后仍持续未愈合。

为了探索DS-ASCs对糖尿病创面愈合的疗效，我们构建了编码HGF的saRNA，通过ASCs生成促进愈合的治疗蛋白。在小鼠db/db糖尿病创面愈合模型中，与WT ASCs和DIM1T LNP-HGF mRNA处理的ASCs相比，HGF DS-ASCs显著加速创面愈合，促进完整表皮、血管和肌成纤维细胞的形成。

研究团队推测，DS-ASCs持续分泌HGF使创面微环境中HGF蛋白水平维持在较高且持久的水平，从而促进上皮修复和新生血管的形成。在DIM1T LNPs中，CXCL12替代HGF进一步提高了工程ASCs的创面愈合能力，表明CXCL12可能是一种更适合糖尿病创面的治疗蛋白。与CXCL12- DS-ASCs相比，CXCL12-和HGF-DS-ASCs联合治疗无增效作用。

此外，当FLuc DS-ASCs与CXCL12 DS-ASCs同时应用于创面时，与FLuc DS-ASCs与WT ASCs联合使用相比，创面内的发光强度在第3天和第9天持续更高。这表明在伤口环境中CXCL12的存在增强了移植的ASCs的生存能力。这种生存率的增加可能归因于CXCL12的免疫调节特性，它重塑了伤口微环境，从而减少炎症和延长ASCs的持续时间。

DIM1T LNP-RNA平台可以有效诱导ASCs中特定蛋白的持久生成，同时最小化毒性和表型改变。此外，LNP-RNA介导的工程策略仅需数小时即可诱导ASCs有效分泌蛋白，且其分泌蛋白水平可持续9天。持续时间足以使ASCs通过“打了就跑”的功能机制实现治疗效果，而无需替换局部组织，从而避免潜在的致癌作用。

促进伤口愈合的当前策略的优化可能包括组合分泌抗生素肽以消除伤口部位的细菌感染。鉴于LNP-RNA系统的简单性、安全性和可行性，研究团队的DIM1T LNP-RNA系统可以成为一个有希望的平台，广泛促进ASCs中各种蛋白质的生成，以满足各种疾病的治疗需求。