医美抗衰技术新变革！Nature子刊：细胞外囊泡装载mRNA新型递送系统，为下一代基因治疗提供新方向

2023-01-17 20:01

胶原蛋白，爱美的女孩子都不陌生，我们的皮肤能够光滑紧致，很重要的原因是皮肤内胶原蛋白在支撑，它占了皮肤干重的70%。然而，岁月流逝，青春不在，人体皮肤中胶原蛋白的数量会逐年减少，皮肤也就逐渐失去强度，出现皱纹。为了补充流失的胶原蛋白，各种医美技术应运而生；但由于大分子胶原蛋白生物利用度低、难以渗透表皮、不易被真皮吸收、运输稳定性差等缺点，多数效果无法持久和自然。

近日，北京大学深圳研究院/深圳湾实验室Andrew Lee教授团队、德克萨斯大学安德森癌症中心Betty Y.S. Kim教授团队和中国医学科学院阜外医院兰峰教授团队合作研究发现，基于EVs的COL1A1基因的皮内递送可能为光老化皮肤的治疗提供一种有效的蛋白质替代疗法。

研究基于急性光衰老的小鼠模型，将改造后人皮肤成纤维细胞产生的细胞外小泡(EVs)，装载上细胞外基质COL1A1型胶原蛋白mRNA递送至受体皮肤细胞。展示了基于外泌体的COL1A1 mRNA治疗替代真皮胶原蛋白损失作为光衰老皮肤的抗衰老治疗的效用。为了提高mRNA传递和保持的效率，研究人员通过透明质酸（HA）微针（COL1A1-EV MN）贴片将胶原mRNA均匀有效的递送至真皮层，从而实现持续稳定的胶原蛋白表达，并改善光老化皮肤皱纹的治疗。该研究发表在Nature Biomedical Engineering上，题目为Intradermally delivered mRNA-encapsulating extracellular vesicles for collagen-replacement therapy。

细胞外囊泡（EVs），包括外泌体和微囊泡，在人体内生物分子和核酸（包括mRNA）的运输中发挥重要作用。因此，近年来，EV因其固有的生物相容性、跨越生理屏障的能力和低免疫原性而成为核酸治疗的潜力型载体。然而，到目前为止，大多数专注于核酸递送的研究都是将10 - 20nt范围内的小分子如microRNAs和小干扰RNA （siRNAs）)作为递送目标，而更大的核酸如mRNA由于难以装载到EVs中而很少被评估。

随着两款mRNA新冠疫苗在全球防疫中大放异彩，mRNA疗法得以快速发展。然而，mRNA疗法的成功在很大程度上取决于能否获得能够安全、有效和稳定地将遗传物质转化为功能蛋白质的递送系统。目前的mRNA递送方式集中在脂质纳米颗粒（LNP）载体的封装和转运。但LNPs递送存在着细胞毒性、生物分布差、缺乏靶向性和免疫原性等缺点。因此，开发新一代能够克服LNP递送缺陷的mRNA递送系统将进一步发展mRNA疗法。

皮肤老化的一个标志是胶原蛋白不可逆的流失。许多方法旨在补充皮肤中胶原蛋白，从非处方和药物方法（抗氧化剂，类维生素a，多肽）到医疗设备（即激光治疗和合成真皮填充物）。不过，这些现有技术都无法实现长期内源性胶原蛋白替代，以保持皮肤的强度、紧致和弹性。刺激皮肤成纤维细胞合成胶原蛋白也是短期控制皮肤老化的有效方法。成纤维细胞在衰老过程中逐渐失去增殖和合成胶原蛋白的能力，这无疑是对胶原蛋白长期替代抗衰老治疗方法提出了挑战。为了克服这些限制，研究人员通过EV介导的mRNA递送来补充光老化胶原蛋白耗竭模型中的胶原蛋白。

Schematic illustration of COL1A1-EVs released by HA MN[1]

研究人员开发了一种mRNA装载技术——细胞纳米穿孔（Cellular nanoporation，CNP）技术，允许大规模生产含有完整内源性mRNA的EVs并用于核酸治疗。在真皮胶原蛋白光耗竭模型中，装载mRNA的EV可用于蛋白质替代治疗。并进一步证明CNP能够将高拷贝数的COL1A1 mRNA (~ 4000 + nt)加载到EV中，这是通过以往插入后装载方式无法实现的。并且体内实验结果表明，COL1A1- EV可以在急性光衰老的小鼠模型恢复皮肤中COL1A1蛋白的表达。

除此，作者还检测了COL1A1 mRNA和蛋白质在体内随时间的变化，发现相应的蛋白质早在分娩后12小时就被翻译，在4d达到峰值，并且这种翻译持续了几周。为了使该方法适合长期蛋白质的补充，作者进一步开发了一种用于COL1A1- EV递送的微针阵列，可以更好的将装载mRNA的EV均匀分布到皮肤的局部组织，并减少膜破裂。HA是细胞外基质的关键元素，已被证实与皮肤组织和各种生物材料系统具有良好的生物相容性。通过将EV整合到HA微针生物材料中，作者能够将COL1A1蛋白递送至皮肤标本中并持续补充到60天以上。

与基于DNA的基因疗法相对持久的表达方式相比，由于mRNA保留在细胞质中，而不渗透到细胞核，mRNA疗法可能更有助于推进基因治疗，并降低不良事件的风险。因此，基于mRNA的方式比基于DNA和基于病毒的基因疗法具有优势，例如能够绕过传统的转录过程，并且没有基因组整合的风险。然而，mRNA治疗的临床翻译仍然有限。对于基于LNP开发的mRNA递送系统，COL1A1-LNPs能够产生胶原蛋白并减少皮肤皱纹，但同时会在局部组织中引起明显的炎症浸润，而COL1A1- EV由于较好的组织相容性，具有较低的免疫源性。

文章中仅通过微针系统递送mRNA，但该系统也同样适用于包装其他类型的EV载物，如miRNA、siRNA及其他生物活性治疗剂，如多肽和蛋白质。尽管在将基于微针的EV递送系统用于人体前还需要克服许多挑战，但与LNPs和腺相关病毒(AAV)相比，EV具有更好的生物相容性和副作用，相信该系统未来可能成为一种通用的方式来用于治疗一系列人类疾病。

参考文献：

Yi You, et al. Intradermally delivered mRNA-encapsulating extracellular vesicles for collagen-replacement therapy. Nature Biomedical Engineering. 2022.

撰文 | 九月

编辑 | cici

2、首次解析！Cell: 斯坦福科学家利用类器官精准定位新冠病毒进出鼻腔细胞的途径

3、喝水喝的好，还能抗衰老？《柳叶刀》子刊25年随访研究发现：喝水充足慢病风险更低，寿命更长！

4、“杨康”后易诱发心肌炎的原因找到了！最新研究揭示线粒体代谢基因表达受抑制，高脂饮食或是诱因！

5、阳康后多久能好透？BMJ：近30万数据显示，新冠一年内多数“后遗症”基本消退，接种疫苗显著降低呼吸困难的风险！

微信扫码关注该文公众号作者

戳这里提交新闻线索和高质量文章给我们。

来源: qq

点击查看作者最近其他文章