细胞外囊泡在细胞间通讯中扮演着关键角色，并在再生和抗炎治疗中显示出潜力。然而，由于缺乏基于EVs分泌能力筛选细胞的方法，临床转化的EVs治疗面临挑战。当前的细胞分选方法仅限于与EVs分泌无关的表面标记物，无法预测细胞治疗产品分泌生物活性化合物的能力。现在，提出了一种基于纳米试管（nanovial）技术的单细胞EVs分泌分选方法，以期通过选择高分泌EVs的间充质干细胞（MSCs）来提高治疗效果。
研究简介
通过纳米试管技术筛选出的高分泌EVs的MSCs在心肌梗死小鼠模型中展现出了更好的心脏功能恢复和组织重塑效果。这一结果强调了EVs分泌在再生细胞治疗中的重要性，并提示基于EVs分泌的细胞选择可能增强治疗效果。
首先，开发了一种纳米试管技术，用于基于EVs分泌特性对数以百万计的单细胞进行富集。该技术通过特定的四跨膜分子标记物（如CD63和CD9）捕获EVs，进而使用流式细胞分选技术（FACS）根据EVs分泌水平对细胞进行分选。通过这种方法，能够从人脂肪来源的永生化间充质干细胞（iMSCs）中筛选出高分泌EVs的细胞，并发现这些细胞具有与EVs生物合成和血管再生相关的特定转录谱。此外，这些高分泌EVs的MSCs在分选和重新生长后仍能维持高水平的EVs分泌。
在机制层面，通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析，揭示了高分泌EVs细胞与低分泌EVs细胞之间的转录组差异。高分泌EVs细胞表现出与EVs生物合成、干细胞增殖以及组织再生相关的基因表达特征的富集。特别是，高分泌EVs细胞中与血管再生信号（VRS）相关的基因表达水平更高，这可能与它们在治疗心肌梗死中的潜在疗效有关。
在体外实验中，比较了高分泌EVs MSCs和低分泌EVs MSCs对受损心肌细胞的保护作用。结果显示，高分泌EVs MSCs来源的EVs在抗氧化应激诱导的细胞凋亡方面更为有效，这表明高分泌EVs MSCs具有更强的旁分泌修复能力。
进一步的体内实验中，在心肌梗死小鼠模型中比较了高分泌EVs MSCs和低分泌EVs MSCs的治疗潜力。通过心脏功能评估和组织学分析，发现高分泌EVs MSCs治疗组在心脏功能恢复、梗死面积减小、心脏重构改善以及血管密度增加等方面均优于低分泌EVs MSCs治疗组。这些结果表明，高分泌EVs MSCs通过减少细胞死亡、促进细胞增殖和增加梗死区域周围的血管密度，更有效地减轻了心肌梗死损伤并帮助恢复左心室功能。
安全性评估方面，高分泌EVs MSCs和低分泌EVs MSCs均显示出良好的体内安全性。主要器官的组织学评估和血液化学分析未发现由MSCs治疗引起的严重副作用，如肿瘤生长或肝肾功能损害。此外，高分泌EVs MSCs治疗组的ALT和AST水平低于低分泌EVs MSCs治疗组，这可能归因于高分泌EVs MSCs增加的旁分泌活性有助于改善肝功能。
讨论部分，指出，尽管细胞外囊泡的治疗潜力已被广泛认可，但如何通过选择分泌更多EVs的细胞亚群来影响治疗效果尚未被充分研究。本研究的发现直接将细胞的EVs分泌能力与治疗效果联系起来，并为增加EVs数量在损伤恢复中的作用提供了进一步的证据。值得注意的是，高EVs分泌表型在多个细胞倍增过程中得以维持，表明在MSCs中存在一部分具有更强再生能力的细胞亚群，它们也表现出更快的增殖速率。这种表型在单细胞转录组测量中反映出来，显示出与再生和血管生长相关的基因表达增加，包括血管再生信号（VRS）。
链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-49123-1
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