Wir haben die aufregendsten neuen Forschungen auf dem Gebiet der Genetik und Zellforschung der letzten Woche zusammengestellt.
Exosomen aus hypoxischen mesenchymalen Stammzellen stellen die Funktion der Eierstöcke durch Förderung der Angiogenese wieder her
Hintergrund
hucMSC-Exosomen können so bearbeitet werden, dass ihr therapeutisches Potenzial gestärkt wird. In der vorliegenden Studie wurde untersucht, ob hypoxische Präkonditionierung das angiogene Potenzial von hucMSC-Exosomen in einem experimentellen Modell der POF steigern kann.
Methoden
Primäre hucMSCs und ROMECs wurden aus frischen Gewebeproben isoliert und in einer Reihe von Experimenten untersucht. Exosomen wurden aus hucMSCs unter normoxischen bzw. hypoxischen Bedingungen (norm-Exos bzw. hypo-Exos) isoliert und dann mit klassischen experimentellen Methoden charakterisiert. Anhand einer Reihe von Angiogenese-bezogenen Assays stellten wir fest, dass Hypo-Exos die Proliferation, Migration und Tubusbildung von ROMECs signifikant förderte und die Angiogenese-fördernden Moleküle in vitro erhöhte. Histologische, immunhistochemische und Immunfluoreszenz-Experimente in einem Rattenmodell der POF zeigten, dass die Hypoxie-Vorbehandlung die therapeutische angiogene Wirkung von hucMSC-Exosomen in vivo verstärkt. Anschließend wurden Hochdurchsatz-MiRNA-Sequenzierung, qRT-PCR-Analyse und Western Blotting eingesetzt, um den möglichen molekularen Mechanismus zu identifizieren.
Ergebnisse
Wir fanden heraus, dass hypo-Exos die Endothelfunktion und die Angiogenese durch den Transfer von miR-205-5p in vitro und in vivo verbessern. Schließlich fanden wir auf der Grundlage der Ergebnisse von Bioinformatik-Analysen, dualen Luciferase-Reporter-Assays und Gain- und Loss-of-Function-Studien Hinweise darauf, dass exosomales miR-205-5p die Angiogenese durch Angreifen des PTEN/PI3K/AKT/mTOR-Signalwegs fördert. Diese Ergebnisse deuten erstmals darauf hin, dass Exosomen aus hypoxisch konditionierten hucMSCs die Angiogenese durch den Transfer von miR-205-5p stark fördern, indem sie auf den PTEN/PI3K/AKT/mTOR-Signalweg abzielen.
Schlussfolgerungen
Unsere Ergebnisse liefern eine theoretische Grundlage und zeigen die potenzielle Anwendung eines neuartigen zellfreien Ansatzes mit aus Stammzellen gewonnenen Produkten bei der Behandlung von POF.
Überexpression von Häm-Oxygenase 1 verstärkt die neuroprotektiven Effekte von Exosomen bei Subarachnoidalblutungen durch Unterdrückung von oxidativem Stress und Stress des endoplasmatischen Retikulums
Ziele
Diese Studie zielt darauf ab, die therapeutischen Wirkungen und die zugrundeliegenden Mechanismen von Exosomen, die aus Hämoxygenase 1 (HO-1) überexprimierenden mesenchymalen Stammzellen der menschlichen Nabelschnur (ExoHO-1) stammen, in einem Mausmodell mit Subarachnoidalblutung (SAH) aufzuklären.
Methoden
In dieser Studie wurden Exosomen mittels Western Blotting, Partikelanalyse und Transmissionselektronenmikroskopie identifiziert. Die Wirkung von ExoHO-1 und ExoCtrl auf die neurologische Funktion von SAH-Mäusen wurde mit dem Garcia-Scoring-System, dem Beam-Balance-Test, dem Rotarod-Test und dem Morris-Wasserlabyrinth-Test bewertet. Die neuronale Apoptose und das Überleben wurden durch TUNEL- und Nissl-Färbung bewertet. Der oxidative Stress und der Stress des endoplasmatischen Retikulums wurden mittels Immunfluoreszenz, Western Blotting, DHE-Färbung, Enzymimmunoassay und kommerziellen Kits gemessen.
Ergebnisse
HO-1-überexprimierende menschliche mesenchymale Stammzellen aus der Nabelschnur kapselten HO-1 in ihre Exosomen ein. ExoHO-1 verbesserte sowohl den kurzfristigen als auch den langfristigen Schutz der neurologischen Funktionen erheblich. Durch die Verringerung der Aktivierung des PERK/CHOP/Caspase12-Signalwegs und die Senkung des oxidativen Stresses hemmte ExoHO-1 wirksam die neuronale Apoptose im ipsilateralen temporalen Kortex.
Fazit
ExoHO-1 verstärkt die therapeutische Wirksamkeit von Exosomen bei Mäusen mit SAH, indem es der neuronalen Apoptose entgegenwirkt, vor allem durch die Unterdrückung von oxidativem und endoplasmatischem Retikulum-Stress.
Exosomale nicht-kodierende RNAs: Neue Erkenntnisse über das therapeutische Potenzial und die Mechanismen der Knochenheilung
Exosomen sind extrazelluläre Vesikel (EVs) in Nanogröße, die von verschiedenen Zelltypen freigesetzt werden und die Funktionen der Zielzellen durch den Transport bioaktiver Substanzen beeinflussen. Die nicht-kodierende RNA (ncRNA), der Hauptbestandteil der Exosomen, beeinflusst nachweislich mehrere an der Knochenheilung beteiligte Signalwege. In dieser Übersichtsarbeit werden zunächst die Biogenese und Sekretion von Exosomen vorgestellt und die Rolle der Hauptfracht in Exosomen, der ncRNAs, bei der Vermittlung der interzellulären Kommunikation erläutert. Anschließend wird der potenzielle molekulare Mechanismus von Exosomen, der die Knochenheilung beschleunigt, unter den folgenden vier Aspekten erläutert: Makrophagenpolarisierung, Vaskularisierung, Osteogenese und Osteoklastogenese. Anschließend stellen wir systematisch Konstruktionsstrategien vor, die auf modifizierten Exosomen im Bereich der Knochenregeneration basieren. Schließlich werden die klinischen Versuche mit Exosomen für die Knochenheilung und die Herausforderungen von Exosomen-basierten Therapien im biomedizinischen Bereich kurz vorgestellt, um einen soliden theoretischen Rahmen und Optimierungsmethoden für die klinische Anwendung von Exosomen in der Orthopädie zu schaffen.
Aus adipösen mesenchymalen Stammzellen gewonnene Exosomen als Nanoträger für die Behandlung von Muskel-Skelett-Erkrankungen
Muskel-Skelett-Erkrankungen sind eine Reihe von Krankheiten, die Knochen, Muskeln, Knorpel und Sehnen betreffen und hauptsächlich durch chronische Belastung, degenerative Veränderungen und strukturelle Schäden durch Traumata verursacht werden. Die Erkrankungen schränken die Funktion der Patienten aufgrund von Schmerzen ein und verringern ihre Lebensqualität erheblich. In den letzten Jahren wurden aus Fettgewebe gewonnene mesenchymale Stammzellen aufgrund ihrer besonderen Fähigkeiten der Selbsterneuerung, Differenzierung und gezielten Ansiedlung in der Regenerationsmedizin intensiv erforscht und sind im Vergleich zu anderen Quellen leichter zugänglich. Die parakrine Wirkung von ADSCs spielt eine entscheidende Rolle bei der interzellulären Kommunikation durch die Freisetzung von Massenmediatoren, einschließlich Zytokinen und Wachstumsfaktoren, insbesondere der Exosome, die sie absondern. Diese Exosomen besitzen nicht nur eine geringe Immunogenität, eine geringe Toxizität und eine verbesserte Fähigkeit, eine Bio-Barriere zu durchdringen, sondern sie erben auch die Eigenschaften ihrer Mutterzellen und tragen verschiedene bioaktive Moleküle, die sie an die Zielzellen abgeben und deren biologische Prozesse modulieren. Diese Eigenschaften machen Exosomen auch zu einem natürlichen Nanocarrier, der Medikamente gezielt an bestimmte Stellen bringen kann. Dadurch wird die Bioverfügbarkeit von Medikamenten im Körper verbessert und eine präzise Therapie mit weniger toxischen Nebenwirkungen erreicht. Darüber hinaus kann die Integration von Exosomen mit Tissue-Engineering und chemischen Modifizierungsstrategien ihre Wirksamkeit bei der Erleichterung der Gewebereparatur erheblich steigern. Die aktuelle Forschung zu ADSC-Exos zur Verbesserung von EBA befindet sich jedoch noch in einem frühen Stadium und muss weiter erforscht werden. Daher wurden in dieser Übersicht die Eigenschaften und der Mechanismus von ADSC-Exo als Nanowirkstoffträger bei der Behandlung von Frakturen, Osteoporose, Osteoarthritis, Bandscheibendegeneration und Sehnenverletzungen zusammengefasst, was den Forschungsfortschritt bei der ADSC-Exo-Therapie für EBA vorantreibt.
Ligandenbasierte Exosomen-Affinitäts-Reinigung (LEAP) Säulenchromatographie: Ein Werkzeug für klinische Anwendungen
Exosomen sind extrazelluläre Vesikel in Nanogröße, die eine wichtige Rolle bei der interzellulären Kommunikation spielen. Sie transportieren Biomoleküle wie Proteine, Lipide und RNAs, die physiologische und pathologische Prozesse beeinflussen können. Die Isolierung von reinen Exosomen ist sowohl für die Grundlagenforschung als auch für klinische Anwendungen, einschließlich Diagnostik und Therapie, von entscheidender Bedeutung. Herkömmliche Exosomen-Isolierungstechniken, wie z.B. die Ultrazentrifugation, sind nicht spezifisch genug und können zu unreinen Proben führen, so dass der Bedarf an fortschrittlichen Isolierungstechniken offensichtlich ist. Die Säulenchromatographie mit Liganden-basierter Exosomen-Affinitätsreinigung (LEAP) hat sich als neuartige Methode herauskristallisiert, bei der spezifische Liganden verwendet werden, die auf Exosomen-Oberflächenmarker abzielen und einen hochspezifischen, schonenden und skalierbaren Ansatz zur Exosomenisolierung bieten. Dieser kurze Überblick untersucht den Mechanismus, die Vorteile und das Potenzial der LEAP-Chromatographie für klinische Anwendungen und unterstreicht ihre herausragende Bedeutung für die Exosomen-basierte Diagnostik und Therapie.
Exosomen aus menschlichen Fettstammzellen verhindern das Fortschreiten der Osteonekrose des Hüftkopfes
Hintergrund Osteonekrose des Femurkopfes (ONFH) betrifft vor allem junge Menschen und ist eine der Hauptursachen für eine Hüfttotalendoprothese in dieser Bevölkerungsgruppe. Gelenkerhaltende regenerative Therapien mit Kerndekompression (CD), die mit Zellen, Wachstumsfaktoren und Knochenersatzstoffen angereichert sind, wurden entwickelt, sind aber nicht umfassend validiert. Exosomen entwickeln sich zu einer vielversprechenden regenerativen Therapie. Aus menschlichen Fettstammzellen (hADSC) gewonnene Exosomen zeigen angiogene und wundheilende Wirkungen auf geschädigtes und krankes Gewebe, was auf ihre potenzielle Wirksamkeit bei der Behandlung von ONFH im Frühstadium hindeutet. Wir wollten die Wirksamkeit von aus hADSC gewonnenen Exosomen auf der Basis von CD in einem mittelgroßen Tiermodell (Kaninchen) untersuchen. Methoden Exosomen wurden mit Hilfe der Ultrafiltrationsfiltertechnik aus den Kulturüberständen von zwei Arten von hADSCs extrahiert. Die Charakterisierung der Exosomen erfolgte durch Nanopartikel-Tracking-Analyse, Transmissionselektronenmikroskopie und den Nachweis spezifischer Biomarker (CD9, CD63 und CD81) durch Western Blotting. Achtzehn Kaninchen wurden einem chirurgischen Gefäßverschluss und intramuskulären Kortikosteroidinjektionen unterzogen, um ONFH zu induzieren. Gleichzeitig wurde eine CD-Behandlung mit lokaler Verabreichung von hADSC-abgeleiteten Exosomen (Exosomengruppe) oder Kochsalzlösung (Kontrollgruppe) durchgeführt. Die Femurköpfe wurden 4, 8 und 12 Wochen postoperativ entnommen und mittels Mikro-Computertomographie und Gewebefärbung untersucht, um die schützende Wirkung auf Osteonekrose, Angiogenese und Osteogenese zu beurteilen. Ergebnisse Die Exosomen wiesen eine durchschnittliche Partikelkonzentration von 1,8 × 10¹² oder 1,8 × 10⁹ Partikel/ml auf, mit einer Partikelgrößenverteilung von durchschnittlich 61,2 ± 14,7 oder 123,1 ± 46,3 nm, und wurden durch spezifische Biomarker bestätigt. Die Exosomengruppe wies eine signifikante Verringerung der schweren Progression der ONFH auf die Stadien 3 oder 4 der modifizierten Ficat- und Arlet-Klassifikation auf, verglichen mit der Kontrollgruppe, in der es vier Fälle von Stadium 3 oder 4 gab. Die Exosomengruppe wies signifikant weniger leere Lakunen im subchondralen Knochenbereich (p < 0,05) und signifikant weniger Gelenkknorpelschäden (p < 0,05) auf als die entsprechende Kontrollgruppe. Es gab keine signifikanten Unterschiede in der Anzahl der Mikrogefäße, der trabekulären Struktur des Knochens oder dem Volumen des neuen Knochens in der medialen Region der CD. Schlussfolgerungen hADSC-abgeleitete Exosomen können das Fortschreiten der ONFH verhindern, indem sie Osteonekrose und Knorpelschäden hemmen. Die Ultrafiltrationsfiltertechnik ist für die Exosomenextraktion effektiv, was darauf hindeutet, dass Exosomen als therapeutisches Mittel für ONFH in Frage kommen.
Exosomen, die von M2-polarisierten Makrophagen abgesondert werden, hemmen die Osteoklastendifferenzierung über CYLD
Zielsetzung: Die durch Osteoklasten vermittelte Knochenresorption ist für das Auftreten von Knochenkrankheiten verantwortlich. Makrophagen, ein Ursprung der Osteoklasten, deren M2-Typ die entzündungsbedingten Knochenschäden reduzieren kann. Wir wollten die Wirkung von Exosomen aus M2-Makrophagen auf die Osteoklastenbildung untersuchen und den zugrunde liegenden Mechanismus aufklären.
Materialien und Methoden: Exosomen wurden aus M2-Makrophagen (M2-exo) isoliert und zur Behandlung osteoklastenähnlicher Zellen verwendet. Die Osteoklastenbildung wurde mit Hilfe von Tartrat-resistenter saurer Phosphatase, quantitativer Echtzeit-Polymerase-Kettenreaktion (qRT-PCR) und Western Blotting untersucht. Der molekulare Mechanismus der M2-exo-Funktion wurde durch qRT-PCR, Phosphorkinase-Array-Analyse und Western Blotting analysiert.
Ergebnisse: M2-exo wurde von Osteoklasten internalisiert und hemmte die Osteoklastendifferenzierung in vitro. Außerdem wurde CYLD in M2-Makrophagen und M2-exo-behandelten Osteoklasten in hohem Maße exprimiert, und seine Ausschaltung hob die durch M2-exo verursachte Hemmung der Osteoklastendifferenzierung auf. Außerdem unterdrückte CYLD die Phosphorylierung von STAT3, und der STAT3-Aktivator Colivelin kehrte die durch die Überexpression von CYLD hervorgerufene Hemmung der Osteoklastendifferenzierung um.
Schlussfolgerung: M2-exo hemmt die Osteoklastendifferenzierung durch die Freisetzung von CYLD, das die STAT3-Signalisierung inaktiviert. Diese Erkenntnisse könnten eine neue therapeutische Option für Knochenerkrankungen, einschließlich Parodontitis, darstellen.
Exosomen von mesenchymalen Stammzellen, die MIF überexprimieren, verbessern die Reparatur des Herzmuskels
Es gibt immer mehr Belege dafür, dass von mesenchymalen Stammzellen (MSC) stammende Exosomen (Exo) nach einem Myokardinfarkt (MI) die Reparatur des Herzens fördern. Der Macrophage Migration Inhibitory Factor (MIF), ein proinflammatorisches Zytokin, spielt eine entscheidende Rolle bei der Regulierung der Zellhomöostase. Ziel dieser Studie war es, die kardioprotektiven Wirkungen von Exo-Sekret aus Knochenmark-MSCs (BM-MSCs), die MIF überexprimieren, in einem Rattenmodell des MI zu untersuchen. Das MIF-Plasmid wurde in BM-MSCs transduziert. Exo wurden aus den Überständen von BM-MSCs bzw. MIF-BM-MSCs isoliert. Die Morphologie der Mitochondrien in neonatalen Mäusekardiomyozyten (NRCMs) wurde durch MitoTracker-Färbung bestimmt. Die Apoptose der NRCMs wurde durch Deoxynukleotidyltransferase-vermittelte dUTP-Nick-End-Labeling untersucht. BM-MSC-exo und MIF-BM-MSC-exo wurden in einem Rattenmodell des MI intramuskulär in die Peri-Infarktregion injiziert. Die Herzfunktion der Ratten wurde echokardiographisch untersucht. Die Expression von MIF war in MIF-BM-MSCs im Vergleich zu BM-MSCs stark erhöht. Sowohl BM-MSC-exo als auch MIF-BM-MSC-exo exprimierten CD63 und CD81. NRCMs, die mit MIF-BM-MSC-exo behandelt wurden, wiesen unter Hypoxie/Serum-Entzug (H/SD) weniger mitochondriale Fragmentierung und Zellapoptose auf als solche, die mit BM-MSC-exo behandelt wurden, und zwar über die Aktivierung der Adenosin-5′-Monophosphat-aktivierten Proteinkinase. Darüber hinaus wurden diese Wirkungen durch Compound C teilweise aufgehoben. Die Injektion von BM-MSC-exo oder MIF-BM-MSC-exo stellte die Herzfunktion in einem Rattenmodell des Herzinfarkts deutlich wieder her. Im Vergleich zu BM-MSC-exo war die Injektion von MIF-BM-MSC-exo mit einer verbesserten Herzfunktion, einem geringeren Herz-Remodeling, einer geringeren mitochondrialen Fragmentierung der Kardiomyozyten, einer geringeren Erzeugung reaktiver Sauerstoffspezies und einer geringeren Apoptose verbunden. Unsere Studie enthüllt einen neuen Mechanismus der MIF-BM-MSC-exo-basierten Therapie bei Herzinfarkt und bietet eine neue Strategie für die Behandlung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen.
Exosomen aus endothelialen Vorläuferzellen fördern die Osteogenese von mesenchymalen Stammzellen durch Aktivierung des MAPK-abhängigen Weges
Jüngste Studien haben gezeigt, dass endotheliale Vorläuferzellen (EPCs) die Osteogenese von mesenchymalen Stammzellen (MSCs) durch mehrere parakrine Signale fördern können. Über die Rolle der von EPCs stammenden Exosomen (EPCs-Exos) bei der Osteogenese wurde jedoch nur selten berichtet, und über die zugrunde liegenden Mechanismen ist wenig bekannt. In dieser Studie wurde versucht, den zugrunde liegenden Mechanismus zu untersuchen, durch den EPCs-exos die Osteogenese von MSCs fördert. EPCs-exos wurde durch Superzentrifugation isoliert und durch Western Blot, Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und Nanopartikelanalyse (NTA) charakterisiert. Die Internalisierung von EPCs-exos wurde mit einem Laser-Konfokalmikroskop beobachtet. Die Auswirkungen von EPCs-exos auf die Regulierung der biologischen Eigenschaften von MSCs wurden in vivo und in vitro untersucht. Die Expression von Osteogenesemarkern und die Bildung von Kalziumknötchen wurde mittels qRT-PCR, Western Blotting, alkalischer Phosphatase (ALP) und Alizarinrot-Färbung quantifiziert. Die Wirksamkeit von EPCs-exos auf die Knochenregeneration wurde anhand eines Modells für kritische Kalvarienbeindefekte bei Ratten untersucht. Real-time PCR Array und Western Blotting wurden durchgeführt, um mögliche Signalwege zu untersuchen, die an der Osteogenese beteiligt sind. Die Ergebnisse zeigten, dass EPCs-exos von MSCs internalisiert werden konnten, die eine höhere ALP-Aktivität und eine verstärkte Ablagerung von Kalziummineralien sowie eine verbesserte Expression osteogener Marker aufwiesen. EPCs-exos in Kombination mit MSCs konnte die Knochenregeneration in vivo verbessern. Diese Daten legen nahe, dass EPCs-Exos die biologische Funktion beeinflussen und die osteogene Differenzierung von MSCs in vivo und in vitro fördern . Der Mitogen-aktivierte Proteinkinase (MAPK)-Signalweg war an diesem Prozess beteiligt. Die Aktivierung des p38MAPK-Signalwegs könnte der Schlüssel zur Förderung der osteogenen Differenzierung von MSCs sein.
