可编程体内生成生物活性细胞外囊泡治疗心肌梗死：开辟心脏病治疗新路径

《Nature Communications》：Programmable production of bioactive extracellular vesicles in vivo to treat myocardial infarction

为解决心肌梗死（MI）治疗中药物动力学不佳和副作用问题，研究人员开展 ePOWER 技术研究，可原位生成 EVs 改善心脏功能，意义重大。

　　

可编程体内生成生物活性细胞外囊泡治疗心肌梗死研究解读

心肌梗死，这个隐匿在身体里的 “健康杀手”，严重威胁着人们的生命健康。它是由于冠状动脉血液供应严重受阻或中断，导致心肌缺血坏死。尽管现代医学在不断进步，但心肌组织在梗死后的再生能力极为有限，使得治疗效果往往不尽人意。传统的治疗手段，像溶栓剂、抗血小板药物和抗凝血剂，虽然是目前治疗心肌梗死的基础，但它们也存在诸多弊端，比如可能增加出血风险，长期服用抗血小板药物还会带来其他潜在风险。

为了攻克这些难题，南京邮电大学等机构的研究人员展开了深入探索。他们的研究成果发表在《Nature Communications》上，为心肌梗死的治疗带来了新的曙光。

研究人员开展的是关于一种名为电活性贴片用于无线可控细胞外囊泡生成（electroactive patch for wirelessly and controllable EV generation，ePOWER）技术的研究。他们通过这项技术，成功实现了在心肌梗死区域附近按需生成大量生物活性细胞外囊泡（extracellular vesicles，EVs），用于原位局部治疗。这一成果意义非凡，它减少了对外源细胞扩增平台和专门递送的需求，有望成为治疗多种疾病的一体化治疗平台。

在研究方法上，研究人员主要采用了以下关键技术：首先是构建了 ePOWER 系统，该系统由 PEDOT:PSS 柔性薄膜作为导电层，向负载细胞传递电刺激，以及粘性水凝胶用于封装贴片并将其牢固附着在心脏组织上；其次，运用多种实验方法对 ePOWER 系统进行全面评估，如通过透射电子显微镜（TEM）观察 EVs 的形态，利用纳米颗粒跟踪分析（NTA）和二辛可宁酸测定（BCA）对 EVs 进行定量分析，借助蛋白质免疫印迹法（Western Blot）检测 EVs 的蛋白标记等；此外，还建立了大鼠心肌梗死模型，通过超声心动图、Masson 染色等技术评估 ePOWER 系统的治疗效果 。

下面来看看具体的研究结果：

1. ePOWER 技术：该系统能通过电刺激使封装的电敏感巨噬细胞产生钙离子内流，激活细胞内钙信号，从而增加 EVs 的产生。产生的 EVs 具有抗炎特性，可促使促炎的 M1 巨噬细胞表型向愈合的 M2 表型转化，还对心肌细胞增殖、内皮细胞迁移和血管生成有积极作用。研究人员开发的自凝胶水凝胶作为 ePOWER 贴片的粘附层，能实现对心脏复杂运动行为的强粘附，且该水凝胶的孔径适合 EVs 扩散，还对细胞具有良好的生物相容性。
2. ePOWER 促进 EVs 产生：以 M2 巨噬细胞系 BV2 为模型细胞进行研究，发现经 ePOWER 刺激后，每细胞产生的 EVs 数量比未刺激的细胞多约 24 倍，且通过调节施加电压和刺激时间可调控 EVs 的产量，在 5V 电压刺激 20 分钟时产量最高。此外，ePOWER 产生的 EVs 在重复刺激下仍能保持较高的产量，其蛋白质组成与未刺激细胞产生的 EVs 相似 。
3. ePOWER 调节 EV 生物合成的机制：研究发现，ePOWER 刺激可使细胞内钙离子浓度随刺激时间增加而升高，与氯化钙（CaCl₂）处理效果相似。当用钙离子螯合剂乙二醇双（2 - 氨基乙基醚）四乙酸（EGTA）预处理后，ePOWER 刺激导致的 EVs 产量显著下降，这表明细胞内钙离子活性在 ePOWER 介导的 EVs 产量增加中起关键作用。同时，ePOWER 刺激的细胞产生更多含有腔内小泡（ILVs）的多囊泡体（MVBs），为 ePOWER 刺激后大量释放 EVs 提供了直观证据。
4. 体外促进血管生成和心肌细胞增殖：研究表明，ePOWER 系统产生的 EV_ePOWER能促进心肌梗死区域驻留的心脏巨噬细胞从 M1 表型向 M2 表型的复极化，且比普通培养条件下产生的 EV_Common效果更明显。在促进内皮细胞迁移和血管生成方面，EV_ePOWER表现出色，能显著增加人脐静脉内皮细胞（HUVECs）的迁移能力，促进其形成更多的毛细血管样结构。此外，EV_ePOWER对心肌细胞增殖也有更显著的促进作用。
5. 植入 ePOWER 治疗大鼠心肌梗死：在大鼠心肌梗死模型中，植入 ePOWER 贴片并进行电刺激治疗，结果显示 ePOWER 刺激组和阿司匹林药物治疗组都能在一定程度上改善心脏功能，减轻心肌纤维化，促进梗死区域的血管生成。而 ePOWER 与阿司匹林联合治疗组的效果更为显著，且 ePOWER 贴片未对正常器官产生明显的副作用。

研究结论表明，ePOWER 系统是一种有前景的用于心肌梗死治疗的原位可持续生产和局部生产 EVs 的解决方案。它能够有效减少梗死面积，增加左心室壁厚度，促进心肌梗死高危区域的心肌细胞增殖。基于其设计框架，ePOWER 系统还可进一步优化和拓展，用于改善与心肌梗死相关的 EV 治疗，甚至有望应用于其他疾病的治疗。不过，目前对于 ePOWER 刺激产生的 EVs 中的生物活性成分还需进一步研究。未来，在临床前研究中，需要使用更具临床可及性的细胞，还可探索将其他细胞类型与 ePOWER 系统结合，以进一步提升其治疗效果。总体而言，这项研究为心肌梗死及其他相关疾病的治疗开辟了新的方向，具有重要的临床应用前景。