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腾讯登录苏佳灿团队2024年度论文合集：细胞外囊泡专题
| 导读 | 苏佳灿教授，上海大学转化医学研究院院长，上海交通大学医学院附属新华医院骨科主任医师 |
1.基于合成生物学的细菌外囊泡展示BMP-2和CXCR4改善骨质疏松症
Liu H, Song P, Zhang H, Zhou F, Ji N, Wang M, Zhou G, Han R, Liu X, Weng W, Tan H, Wang S, Zheng L, Jing Y, Su J. Synthetic biology-based bacterial extracellular vesicles displaying BMP-2 and CXCR4 to ameliorate osteoporosis. J Extracell Vesicles. 2024 Apr;13(4):e12429.
合成生物学的快速发展，利用细菌源性EVs(BEVs)成为给药系统中的一颗新星。细菌具有大规模发酵、丰富的基因编辑手段和成熟的高密度发酵技术等优势，使BEVs具有易于工程修饰和临床翻译的特殊特点。BEVs已被报道调节骨代谢和OP的进展。在之前的研究中，通过对大肠杆菌Nissle 1917 (ECN)进行修饰，使其过表达CXCR4，使BEVs具有骨靶向特性。骨靶向生物工程BEVs- CXCR4可以装载和递送外源性SOST siRNA来改善OP。BEVs-CXCR4-SOST siRNA为OP提供创新高效的治疗方案。然而，低电穿孔效率严重阻碍其临床转化过程。因此，利用合成生物学技术一步构建具有骨靶向和骨治疗作用的BEVs具有重要意义。该研究通过合成生物学方法，构建一种重组益生菌ECN-pClyA-BMP-2-CXCR4。经过简单的发酵和纯化，我们可以获得具有骨靶向和骨治疗特性的大规模生物工程BEVs-BC。该生物工程BEVs-BC可以靶向骨髓中的BMSCs，通过BMP/SMAD信号通路促进成骨分化，抑制其成脂分化，最终改善OVX诱导的骨质流失。该研究证明BEVs，特别是益生菌EVs在骨退行性疾病中的潜力，为OP治疗提供创新的解决方案。
2.年轻血浆外泌体通过mir -217-5p调控BMSCs成骨分化减轻骨质疏松
骨质疏松症在老年人群中发病率不断上升，已成为全球性的健康挑战。当前的治疗方法常因治疗周期长、副作用严重和疗效不佳而受限，这就需要创新的方法。在先前研究强调年轻血液在器官活力再生潜力的基础上，本研究聚焦于外泌体和外泌体miRNA的作用。具体来说，我们研究来自年轻血浆（Y-Exos）的外泌体在减轻骨质疏松症方面的效力，并将其与来自老年血浆（A-Exos）的外泌体进行对比。体外分析涉及将骨髓间充质干细胞（BMSCs）与Y-Exos或A-Exos共培养，评估它们对BMSCs迁移、增殖和成骨分化的影响。与A-Exos相比，Y-Exos显著增强BMSCs的增殖、迁移和成骨分化能力。相应的体内研究证实这些发现，表明Y-Exos显著缓解骨质疏松症，而A-Exos则阻碍骨骼再生。此外，我们的研究还确定外泌体miR-217-5p作为Y-Exos保护骨骼效应的关键贡献者。我们的工作为推进骨质疏松症的临床治疗提供一种潜在的策略。
3.肠-骨轴细胞外囊泡：骨质疏松症的新见解和治疗机会
人口老龄化加剧，骨质疏松症（OP）和骨质疏松性骨折（OPF）逐渐增多，严重影响老年人生活质量。OP是一种退行性疾病，表现为骨密度降低和骨微结构脆弱，易引发骨折。其高致残率和多重并发症使其成为老年人致残和死亡的主要原因。OP的发生通常与成骨细胞与破骨细胞之间的失衡有关。目前，治疗OP的药物存在生物利用度低和长期毒性的问题，限制其广泛应用。因此，亟需新的治疗策略。本文系统总结肠-骨轴在传统代谢物和免疫内分泌调节、BEVs和IOEVs三个层面的研究进展。传统肠-骨轴通过肠道微生物（GM）衍生的代谢产物以及免疫、内分泌系统调节骨代谢。基于BEVs和IOEVs的肠-骨轴为OP治疗提供新的策略。通过创新的分割视角，本文有助于全面理解肠-骨轴的作用，提出三种肠-骨轴类型：传统型、基于BEVs和基于IOEVs的肠-骨轴。重点讨论基于BEVs和IOEVs的肠-骨轴对OP的影响，综合总结三种类型的肠-骨轴，揭示肠-骨关系，为OP治疗提供新的思路。
4.基于类器官和类器官细胞外囊泡的疾病治疗策略
干细胞技术的发展，越来越多类型的类器官被成功构建。类器官是具有原组织相似空间结构和生理功能的三维细胞团簇，展现出显著的干细胞特性。类器官不仅模拟原生组织的微环境，还能生成和分泌细胞外囊泡（EVs），即类器官细胞外囊泡（OEVs）。类器官及其分泌的OEVs在医疗应用中具有巨大潜力：类器官具备修复病变组织的能力，而OEVs通过输送生物活性物质调控宿主细胞的信号通路，影响远程器官的功能。类器官和OEVs因其独特的治疗效果和广泛的研究前景，正在成为解决复杂疾病的重要研究模型，可能推动医学治疗和疾病机理研究的革新。本文总结类器官和OEVs的生物学机制、OEVs的分离和工程化改造方法，并重点讨论它们在疾病治疗中的应用。最后，本文概述类器官和OEVs在未来应用中的主要挑战和前景，为解决疑难杂症提供新的思路。
5.细胞外衍生物与骨代谢
骨骼代谢维持着骨组织的正常稳态和功能，一旦骨骼代谢失衡，可能导致骨质疏松症、骨关节炎、骨缺损、骨肿瘤等疾病。然而，临床治疗中仍面临药物限制、耐药性、副作用及植入物排斥等问题。在骨骼治疗和再生中，细胞外衍生物成为解决骨代谢疾病的潜在研究方向。这些衍生物包括细胞外基质、生长因子和细胞外囊泡，具有良好的生物相容性、低免疫反应和对骨组织动态需求的适应性，展现出显著的治疗潜力。本文综述骨代谢中的细胞外衍生物，探讨其内在特性和多功能性。首先介绍三种主要细胞外衍生物的类型和功能，接着讨论不同细胞来源的细胞外衍生物对骨代谢的影响。随后，汇总细胞外衍生物在骨代谢疾病治疗中的应用，并分析其在临床应用中的优势与挑战。最后，展望细胞外衍生物在新型骨科材料和临床应用中的前景。希望通过对细胞外衍生物的深入理解，为骨骼疾病提供新的治疗策略。
6.基于水凝胶的多功能工程细胞外囊泡递送用于复杂伤口愈合
细胞外囊泡（EVs）在伤口愈合中的应用已有充分研究。然而，皮下注射游离EVs直接用于伤口部位可能导致其生物活性成分迅速流失，从而降低治疗效果。功能化水凝胶能有效保护EVs，确保其在伤口愈合过程中持续释放并保持生物活性，因此成为理想的EVs输送材料。本文综述EVs加速伤口愈合的机制，并详细探讨工程化EVs的构建策略。接着，讨论水凝胶作为EVs持续释放系统的合成策略及应用，特别是在复杂伤口愈合中的作用。此外，我们还介绍功能化水凝胶（如具抗菌、抗炎和免疫调节能力）在复杂伤口治疗中的潜力，作为EVs载体有助于应对这些愈合挑战。最后，本文展望未来发展趋势，提出AI驱动的材料和3D生物打印技术可以为基于工程化EVs的多功能水凝胶输送敷料提供新的视角，推动其在生物医学应用中的前景。
7.骨衰老与细胞外囊泡
骨衰老是骨质流失和骨强度下降的自然过程，严重影响骨骼结构与功能，进而影响老年人的生活质量。本文探讨细胞外囊泡（EVs）在骨衰老中的作用及其潜在的诊断和治疗应用。研究表明，EVs在骨衰老的分子机制中起重要作用，且具有作为生物标志物的潜力，可用于监测骨健康和骨衰老进程。特别是，来自骨髓间充质干细胞的EVs中包含特定的蛋白质和RNA分子，能够评估骨质疏松等骨衰老疾病的风险。此外，EVs在药物递送中的应用也引起广泛关注，作为药物载体，EVs能实现靶向治疗，减少不良反应并提高治疗效果。尽管EVs在骨衰老中的应用前景广阔，但仍面临许多挑战，包括提取和纯化过程的复杂性、稳定性和体内代谢等问题。未来的研究将集中于优化EVs分离技术，并探索其在个性化医学中的应用，尤其是在骨衰老的早期诊断与精准治疗方面。结合基因编辑和生物工程等先进技术，EVs的应用潜力可提升，为骨健康管理带来新的突破，标志着骨骼健康研究的重要进展。
8.人工智能赋能类器官与类器官细胞外囊泡
2022年苏佳灿教授团队提出骨类器官的构建与应用，拓宽该技术的应用领域。类器官中，多个细胞类型需协同工作以模仿其自然环境中的相互作用，这对精密操作和测量提出挑战。深度学习和机器学习的发展，AI为类器官研究提供新的可能。AI通过图像识别能力，可以自动跟踪和分析类器官内细胞行为，监测细胞生长、分化和死亡过程，识别各种细胞类型及其相互作用，并从大量数据中提取有价值的信息。苏佳灿教授团队也提出基于AI的类器官构建、分析和应用，标志着新一代类器官研究时代的到来。在OEVs的研究中，AI通过分析高通量成像数据，可加快囊泡的识别与分类，推动生物标志物的发现与验证。同时，AI能够帮助研究人员识别类器官内关键信号通路的变化及OEVs内的潜在生物标志物。未来的研究应深入融入AI技术，实现类器官和OEVs研究的自动化和智能化。AI在类器官和OEVs研究中的应用也面临一定挑战。首先是确保AI结果的准确性和可靠性，开发可解释决策过程的AI系统有助于科学家深入理解分析结果。其次是数据隐私和安全问题，处理患者数据时必须确保隐私保护，并遵守道德和法律标准。
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