东南大学刘必成/吕林莉《Science​》子刊—— 新型药物递送系统治疗缺血性急性肾损伤

细胞外囊泡(extracellular vesicles, EVs)作为一种天然药物递送体系在近年来持续受到科研人员的关注。细胞外囊泡,如外泌体和微囊泡,是细胞分泌的小膜颗粒(粒径在40-1000纳米)。细胞外囊泡是细胞重要的通讯手段,其通过在邻近细胞间运送核酸及蛋白质来帮助细胞间完成交流活动。与现有的载药体系相比,细胞外囊泡因其天然属性而能够逃避吞噬作用、延长药剂体内半衰期以及降低免疫原性。

近期,东南大学医学院的刘必成及吕林莉等人报道了一种以白介素(IL-10)作为负载药剂的细胞外囊泡(IL-10+ EVs),可有效治疗缺血性肾损伤(AKI)。相关工作以“Extracellular vesicle–encapsulated IL-10 as novel nanotherapeutics against ischemic AKI”为题发表在Science Advances

东南大学刘必成/吕林莉《Science​》子刊—— 新型药物递送系统治疗缺血性急性肾损伤

IL-10+ EVs的制备和表征

为了制备IL-10+ EVs,RAW 264.7巨噬细胞首先经过鼠源IL-10质粒编码的转染处理,在经过刺激以诱导巨噬细胞转变成M2型巨噬细胞,以此作为IL-10的主要来源。再经过孵育,细胞上清液中的细胞外囊泡经过离心进行收集。图1显示,能够在转染巨噬细胞的细胞质和近细胞膜区域发现荧光标记IL-10,并且相关的细胞外囊泡中也发现IL-10的阳性表达。而这一细胞外囊泡载药体系的尺寸经过分析在10-500nm范围。细胞因子试剂盒检测则显示,这一细胞外囊泡载药体系中的IL-10含量明显高于未经转染细胞所产生的细胞外囊泡。此外,EVs和EVs中的IL-10水平在-80摄氏度保存7天后并没有观察到明显的降解行为;同时,EVs也能保护IL-10不受酸性溶液破坏。

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图1材料制备及表征

IL-10+ EVs的肾靶向作用

EVs具有多重配体/受体修饰的脂质双分子层膜,能够与靶向细胞发生作用,从而可以加强IL-10靶向肾损伤部位的能力。利用液相色谱串联质谱的检测手段,研究人员发现IL-10+ EVs的整合素表达增高(图2A和2B)。许多研究均表明,外泌体整合素能够与血管细胞的特定分子作用,从而介导炎症位点的外泌体内吞作用。由此,研究认为整合素高表达的IL-10+ EVs能够靶向肾损伤(炎症)部位。

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图2肾靶向能力表征

 

为了进一步验证IL-10+ EVs的肾靶向能力,研究人员将荧光标记的IL-10+ EVs通过静脉注射进入小鼠体内。活体荧光成像发现,对照组的荧光集中在肝部,而实验组小鼠的肾脏部位的荧光明显增强并在12小时达到最高值,并且荧光随着肾损伤程度的严重性增大而提高(图2C-2E)。体外的实验也表明,IL-10+ EVs能够被细胞吸收,特别是损伤细胞(图2F和2G)。

IL-10+ EVs治疗肾脏缺血/再灌注(I / R)损伤

为了评价IL-10+ EVs的治疗效力,研究人员建立了肾脏I / R损伤的小鼠模型,再灌注后通过静脉注射IL-10+ EVs(每天一次,一共三次)(图3A)。肾小管上皮细胞(TEC)的坏死,细胞碎片的堆积(图3B-3D)等等肾损伤参数都表现出剂量依赖性,即随着IL-10+ EVs剂量的增大而出现减缓态势。为了更全面的评估IL-10+ EVs的效力,各组别的肾被制备成切片,组化等检测显示(图3E-3J),治疗组的细胞凋亡现象被有效抑制,并且抗肾损伤分子(KIM-1)在治疗组也是高表达的。这些数据都说明IL-10+ EVs能够有效减缓小鼠的缺血性AKI。

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图3IL-10+ EVs治疗肾脏I / R损伤

结论

该项工作基于EVs构建了可靶向递送IL-10的载药平台,并且阐释了IL-10+ EVs作为新型纳米药剂用于治疗缺血性急性肾损伤的潜力。研究表明EVs介导的药物递送具有以下几个独特的优势:能够提高IL-10的药代动力学性能使其更加稳定、安全并靶向损伤位点;使IL-10不仅对免疫细胞具有治疗效力,也能对肾管细胞产生作用。机制研究则显示,IL-10+ EVs通过靶向肾小管细胞,抑制了雷帕霉素信号传导的靶标,从而使线粒体功能正常化。总而言之,这一纳米药剂被证明是治疗缺血性AKI的有效策略。

参考文献:

Extracellular vesicle–encapsulated IL-10 as novel nanotherapeutics against ischemic AKI

文献链接:

https://advances.sciencemag.org/content/6/33/eaaz0748

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