细胞膜功能特性原因 干细胞表面工程化促进梗死心肌再血管化的研究(2)

由于心梗组织免疫炎症的不良微环境,导致归巢到心肌梗死区域的表面工程化干细胞被清除和较低存活率,从而影响VEGF在心梗区域的持续释放和再血管化进程。如何改善心肌梗死组织微环境成为促进表面工程化干细胞持续存在、缓释VEGF促进梗死心肌组织再血管化的重要考虑。促进梗死心肌再血管化(内皮祖细胞移植、干细胞表面工程化负载VEGF两种方式)都需要改善梗死心肌组织的免疫炎症微环境,同时改善心梗区域不良微环境也成为心肌梗死治疗的重点和基础。过去十年,许多的研究集中在生物工程、生物材料上,以改善干细胞的生存微环境,最终保护心脏功能。一种可能的策略涉及提供替代的细胞外基质使细胞集中于递送部位的生物材料。脾脏在胚胎时期是重要的造血器官,出生之后是人体最大的免疫器官和大量干细胞寄居器官。大量的实验研究发现,脾脏细胞外基质对于干细胞的存活、旁分泌、分化等多种功能和免疫稳态的调控具有重要的作用。我们提出假设:脾脏细胞外基质可以提高干细胞归巢后的存活,进而实现改善心功能。为此我们制备了温敏性脾脏细胞外基质水凝胶,其温敏性特点(常温下液体,在体内37°C情况下自组装成水胶)是可以用作微创方式递送至心肌,具有较好的临床使用方便性。

因此,我们从四个方面深入研究干细胞表面工程化在促进梗死心肌再血管化的作用。一、干细胞自组装在心肌梗死组织再血管化的研究我们开发了一种针对心梗区域的VEGF递送系统,此方法基于层层自组装以后MSC细胞仍然存有归巢特性,从而改善了心梗区域血管生成以及心功能。结果显示,体外实验中层层自组装VEGF包裹的MSC细胞能够持续释放VEGF,并且具有SDF-1趋化性;体内实验证明,负载VEGF层层自组装的MSC能够归巢到心梗区域,促进梗死区域再血管化、改善心功能。这些实验结果揭示:应用层层自组装包裹VEGF到MCS细胞可能有望成为无创治疗心梗的手段。与其他药物递送系统相对比来说,这种负载VEGF层层自组装MSC的药物递送系统有如下优点:1、MSC是体内固有细胞,因其良好的生物相容性,已经被用于细胞治疗以及药物递送;2、药物通过层层自组装被物理包裹在MSC的表面,实验证明能够持续释放药物,并且拥有良好的药物动力学效果;3、通过层层自组装包裹其他药物到MSC表面,可能有望成为治疗其他疾病的有效方法。二、干细胞接枝促进归巢效率、保持VEGF生物活性的研究层层自组装负载VEGF的间充质干细胞由于层状的包裹影响趋化因子与间充质干细胞表面的受体结合,从而减弱了间充质干细胞的归巢能力和药物递送效率。

本部分的研究目的是为了改善层层自组装负载VEGF的MSC归巢性,提高VEGF生物活性,我们首次制备了DMPE-PEG-Heparin接枝的MSC。实验结果显示,双亲性的DMPE-PEG-Heparin能通过其亲脂性接枝到间充质干细胞细胞膜的磷脂双分子层上。趋化因子、黏附因子与间充质干细胞表面的受体结合是间充质干细胞的定向归巢的基础。链状接枝方式而非层状的自组装聚电解质层更有助于保持间充质干细胞的归巢性能,层状的自组装聚电解质层可能是通过影响趋化因子与间充质干细胞膜受体的结合进而削弱层层自组装MSC的定向迁移能力。体外实验结果表明肝素/VEGF的方式负载VEGF具有持续性的缓释能力,提高了VEGF在心梗区域的半衰期。这对于心梗修复过程中需要长时间的VEGF作用具有重要意义。三、脾脏细胞外基质水凝胶改善心肌梗死免疫微环境的机制研究目前促进心肌梗死组织再血管化的研究主要集中在干细胞移植和促进血管新生分子两种方式。虽然内皮祖细胞等干细胞可以分化为内皮细胞或旁分泌从而有效地促进心梗区域再血管化进程,但是由于心肌梗死组织免疫炎症性微环境的病理生理学特点,导致较低的干细胞存活率和再血管化的障碍。目前,如何改善心肌梗死组织微环境成为促进内皮祖细胞等干细胞移植的重点。