利用脂质纳米粒子-mRNA制剂清除ROS加速糖尿病创面愈合

2024-05-23 Thu
利用脂质纳米粒子-mRNA制剂清除ROS加速糖尿病创面愈合糖尿病伤口是高血糖患者的常见并发症，具有高发病率和高复发率，给全球经济带来了巨大损失。现有的治疗方法，包括伤口卸荷和生长因子疗法，虽然在临床试验中显示了缩短愈合时间的效果，但它们的广泛应用受到了成本和潜在副作用的限制。因此，急需开发一种更为有效、安全且方便的糖尿病伤口管理方法。
在复杂的伤口微环境中，治疗挑战主要来源于反应性氧类（reactive oxygen species, ROS）的不受控积累以及持续的炎症。这种病理微环境导致了过度的氧化应激和缺血性新生血管形成，进而延迟伤口愈合。此项研究的目的是通过开发富有反应性的ROS响应的脂质纳米颗粒（lipid nanoparticles, LNP）和mRNA制剂，调节伤口内的ROS和炎症微环境，从而加速糖尿病伤口的愈合。
研究概述这篇文章由来自Icahn School of Medicine at Mount Sinai和Ohio State University的Siyu Wang、Yuebao Zhang、Yichen Zhong等多名研究人员合作完成，并发表于2024年5月21日的《PNAS》（Proceedings of the National Academy of Sciences）。文章详细描述了一种基于ROS清除脂质纳米颗粒和mRNA制剂的新型治疗方法，可以显著加速糖尿病伤口愈合。
研究背景与动机糖尿病患者的慢性、难愈合伤口具有复杂的病理机制，主要表现为ROS的不受控积累和持续的炎症反应。这些过量的ROS导致了过度的氧化应激和生长因子的失活，从而显著降低了伤口的愈合能力。另一方面，病理性伤口中M1型巨噬细胞持续释放促炎细胞因子，而M2型巨噬细胞则通过抗炎反应来促进伤口修复。因此，调节伤口内的炎症微环境，包括清除ROS和调节巨噬细胞的表型转变，可能是治疗糖尿病伤口愈合的有效方法。
研究流程合成和制备TS LNP用于mRNA递送研究团队设计了一种ROS响应的硫链脂质纳米颗粒（Trisulfide-derived LNP, TS LNP），用于包封白细胞介素-4（Interleukin-4, IL4）mRNA，从而实现ROS的清除和巨噬细胞的表型调节。研究首先合成了包含三硫键的可离子化脂质，通过组合化学方法构建了一个包含98种不同脂质分子的库，并评估了其在巨噬细胞内的递送效率。
实验优化和筛选研究团队通过生物发光强度对各LNP的mRNA递送效率进行了测试和筛选。结果显示，TS2 LNP表现出最高的mRNA递送效率，较临床上常用的MC3 LNP提高了30倍。接下来，研究团队进一步优化了TS2 LNP的配方，最终确定了最优的脂质组分比例，从而显著提高了mRNA的递送效率和粒子的稳定性。
细胞实验验证在体外实验中，研究证明TS2 LNP能够有效清除细胞内的ROS，从而保护成纤维细胞免受氧化应激的损伤。此外，TS2 LNP还成功地促进了巨噬细胞从M1型向M2型的转化，从而实现了伤口微环境的免疫调节。
动物模型验证在糖尿病小鼠（db/db mice）模型中，研究团队通过一次性给药的方法，将TS2 LNP-IL4 mRNA制剂加载到水凝胶中并应用于糖尿病伤口。结果显示，与未处理组、自由IL4 mRNA组和MC3-IL4 LNP-mRNA组相比，TS2-IL4 LNP-mRNA组表现出显著加速的伤口愈合效率，愈合时间缩短了约一半。
主要结果与结论研究表明，TS2 LNP-IL4 mRNA在体内外均表现出卓越的ROS清除能力和优化的巨噬细胞表型调节效果。通过改善伤口微环境，该制剂显著加快了糖尿病伤口的愈合。此外，与其他临床上常用的mRNA递送系统相比，TS2 LNP具备更强的mRNA递送效率和更高的细胞保护效果。
研究的科学和应用价值这项研究不仅提供了一种安全、有效且方便的糖尿病伤口治疗新策略，而且为其他慢性或急性伤口治疗开辟了新的可能。研究技术的创新性在于将ROS响应的纳米颗粒与mRNA制剂相结合，从根本上调节病理性伤口的微环境，从而显著提高了临床应用的潜力和治疗效果。
一些重要亮点创新的治疗策略：通过设计和合成富有反应性的ROS响应脂质材料，将其制备成TS LNP用于mRNA递送，成功解决了糖尿病伤口治疗中的一些重大挑战。
高效的ROS清除能力：TS LNP在体内外均表现出卓越的ROS清除能力，从而显著提高了细胞生存率和伤口愈合速度。
免疫微环境调节：通过递送IL4 mRNA，成功实现了巨噬细胞表型从M1型向M2型的转化，进一步促进了伤口的愈合和组织重建。
总结该研究创新性地将ROS响应的纳米颗粒与mRNA递送系统结合，为糖尿病伤口的治疗提供了新的思路和方法。研究结果表明，TS2 LNP-IL4 mRNA不仅具有显著的ROS清除和免疫调节能力，而且在动物模型中表现出显著的伤口愈合加速效果。这一科学发现有望在未来的临床应用中发挥重要作用，造福更多糖尿病患者。