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为解决脑出血（ICH）治疗难题，研究人员开展了 3D-printed exosome-functionalized brain acellular matrix hydrogel（dECM@exo）对 ICH 大鼠神经炎症影响的研究。结果显示 dECM@exo 能缓解炎症、促进神经功能恢复。该研究为 ICH 治疗提供了新策略。
脑出血（Intracerebral Hemorrhage，ICH）是一种极具破坏性的神经系统急症，死亡率和致残率高得吓人，给全球带来了沉重的经济和社会负担。许多幸存者会长期遭受运动障碍、认知缺陷和语言障碍的折磨，生活质量严重下降。虽然手术清除血肿和抗水肿治疗有一定进展，但对于脑出血后继发性损伤的分子机制，我们了解得还远远不够。目前，间充质干细胞（Mesenchymal Stem Cells，MSCs）移植是治疗中风恢复的一种有前景的方法，不过它存在致瘤性、免疫排斥和植入效率低等问题。而 MSCs 来源的细胞外囊泡，尤其是外泌体（Exosomes），虽然有着和母细胞类似的治疗效果，可它的临床应用也面临挑战，比如半衰期短、清除快，需要反复注射，还容易被酶降解，常规载体也有各种缺点。在这样的背景下，为了找到更好的治疗脑出血的方法，河北医科大学第二医院的研究人员开展了一项研究，相关成果发表在《Stem Cell Research & Therapy》上。
研究人员用到的主要关键技术方法有：首先是构建 3D 生物支架（3D biological scaffold），通过将脱细胞脑基质（Decellularized Brain Matrix，dECM）、明胶甲基丙烯酰化（Gelatin-Methacryloyl，GelMA）和丝素蛋白（Silk Fibroin，SF）交联，并利用 3D 打印技术将人脐带间充质干细胞来源的外泌体（Human Umbilical Cord Mesenchymal Stem Cell-Derived Exosomes，hUCMSC-exos）封装其中，制备出 dECM@exo；然后建立 ICH 大鼠模型，通过立体定向注射胶原酶 IV 诱导脑出血；还运用了多种检测技术，如 ELISA 检测炎症因子水平、Western blotting 检测蛋白表达、RT-qPCR 检测基因表达等，来评估 dECM@exo 的治疗效果。
下面来看具体的研究结果：
- dECM@exo 的制备与表征：成功制备出 3D 生物相容性支架 dECM@exo，其 DNA 含量去除率超 99%，胶原含量高于新鲜脑组织。dECM@exo 呈多孔三维结构，具有良好的可注射性和持续释放 hUCMSC-exos 的特性。hUCMSC-exos 经鉴定具有典型的外泌体特征，大小在 30 - 150nm 之间，峰值约 110nm12。
- dECM@exo 的体内评价：活 / 死细胞检测显示，hUCMSCs 在 dECM@exo 中培养 14 天后仍具有较高活力。体内生物发光成像表明，dECM@exo 能在体内逐渐降解并释放外泌体。免疫荧光分析发现，hUCMSC-exos 能被原代大鼠星形胶质细胞摄取，且 dECM@exo 组星形胶质细胞增殖能力更强34。
- dECM@exo 减轻 ICH 诱导的炎症反应：在 ICH 模型中，dECM@exo 能有效降低促炎因子 IL-1β、TNF-α 水平，同时提高抗炎因子 IL-10 水平。Western blot 和 RT-PCR 分析表明，dECM@exo 通过抑制 TLR4/NF-κB 信号通路，减少炎症相关蛋白表达，但对 TLR4 mRNA 表达无影响59。
- dECM@exo 抑制星形胶质细胞凋亡：JC-1 染色和流式细胞术分析显示，dECM@exo 能显著减少星形胶质细胞凋亡。ELISA 检测发现，dECM@exo 可调节基质金属蛋白酶（Matrix Metalloproteinases，MMPs）及其抑制剂（Tissue Inhibitor of Metalloproteinases，TIMPs）的水平，改善细胞外基质（Extracellular Matrix，ECM）代谢失衡67。
- dECM@exo 减轻 ICH 大鼠的脑损伤：HE 染色、伊文思蓝渗漏实验、TEM 分析以及 Nissl 染色和脑水含量检测结果表明，dECM@exo 能减轻脑出血引起的病理损伤，降低血脑屏障通透性，减少线粒体损伤和脑水肿，促进神经细胞恢复810。
- dECM@exo 改善 ICH 大鼠的神经功能：神经行为学评估显示，dECM@exo 治疗组大鼠在角转弯测试、前肢放置测试中的表现明显优于 ICH 对照组，Longa 和 Bederson 评分也表明其神经功能得到显著改善11。
- dECM@exo 抑制 ICH 诱导的过度炎症的机制：实验证实 dECM@exo 通过抑制 TLR4 表达及其下游 NF-κB/P65 和 p-P65 蛋白的激活，减轻 ICH 诱导的炎症反应。转染 TLR4 特异性 siRNA 的实验进一步验证了这一机制1213。
研究结论和讨论部分表明，本研究开发的 3D 打印可注射 dECM@exo 能有效调节脑出血后的微环境，抑制神经炎症，促进神经功能恢复，具有良好的生物安全性。dECM@exo 整合了 dECM 和 hUCMSC-exos 的优势，为脑出血治疗提供了一种全新的策略。不过，虽然该研究取得了重要进展，但仍有一些问题需要进一步探索，比如外泌体可能通过其他信号通路发挥治疗作用，需要借助多组学分析深入研究；部分外泌体进入体循环可能会降低靶向疗效并产生脱靶效应，未来可通过微流控优化、刺激响应设计和小型化支架制备等手段加以改进。总体而言，这项研究为脑出血的生物治疗开辟了新方向，有望推动相关疗法从实验室走向临床应用，给众多脑出血患者带来新的希望。
