Microsystems & Nanoengineering｜中国科学技术大学张青川教授：外泌体治疗中细胞的动态纳米力学信号表征

学术 2024-07-31 17:01 江苏

近年来，基于干细胞衍生外泌体的无细胞疗法，消除了干细胞疗法由于免疫原性和致瘤潜能带来的风险，为修复受损组织以及各种疾病治疗提供了有效的方案，但是仍需要进一步的研究和临床实验来快速表征其治疗效果。尽管外泌体的治疗潜力已经得到验证，但是关于其治疗效果的评估仍然没有确定的标准。快速量化外泌体的治疗效果有助于推进临床应用的速度，深入了解其治疗机制。

近日， 中国科学技术大学张青川教授团队和安医生殖医学中心王建业教授合作，在Microsystems & Nanoengineering杂志上发表题为“Dynamic nanomechanical characterization of cells in exosome therapy”的研究论文（2024 Jul 15:10:97），主要介绍了外泌体治疗受损细胞的早期阶段，细胞产生牵引力的动态响应过程，发现外泌体通过激活RhoA从而增强受体细胞的收缩能力并促进细胞增殖。文章的第一作者为陈也、张紫寒，通讯作者为张青川、王建业、吴尚犬。

这项研究提出利用量化细胞产生的牵引力作为细胞与外界机械作用的力学指标来评估外泌体的治疗效果，具有实时无损高灵敏的特点。如下图所示，针对子宫内膜基质细胞使用米菲司酮损伤后，细胞牵引力出现了明显减弱，而使用外泌体治疗后牵引力又恢复到较高的水平，这表明可以使用细胞牵引力反映外泌体对细胞的治疗作用。

进一步的，作者实现了对外泌体治疗后细胞牵引力的长时间(12 h)动态监测，发现在外泌体治疗的早期阶段(1 h)，就可以观测到力学信号的快速增强，比细胞活性检测和凋亡检测更加敏感，同时牵引力增强的幅度依赖于外泌体的浓度。特别的，还发现外泌体治疗引起部分细胞快速收缩和牵引力增强。

通过免疫荧光染色的结果，发现外泌体诱导的这种细胞的快速收缩依赖于外泌体的浓度。结合免疫荧光染色结果同时对比细胞收缩发生的时间，发现外泌体作用早期，子宫内膜基质细胞肌球蛋白相比于微丝和黏着斑出现了快速增强，进而引起了细胞变圆。

进一步分析细胞骨架和细胞牵引力的动态变化过程，同时结合药物干扰和蛋白质分析实验，发现外泌体通过增强受体细胞RhoA表达增强细胞的牵引力和细胞骨架，从而促进细胞增殖。该工作有助于快速动态表征外泌体治疗损伤细胞效果，并有助于更好地理解外泌体发挥治疗作用的分子机制。

参考文献：

Dynamic nanomechanical characterization of cells in exosome therapy, Microsyst Nanoeng. 2024 Jul 15:10:97. doi: 10.1038/s41378-024-00735-z. eCollection 2024.

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