本项创新技术涉及一种利用BDNF基因修饰的骨髓干细胞外泌体治疗脊髓损伤的方法,属于生物医学工程领域。该方法通过先进的内源转染技术,将BDNF基因的mRNA和相关蛋白有效整合至外泌体中,旨在提升脊髓损伤的治疗效果。
背景技术
SCI被定义为脊髓损伤,可导致脊髓功能发生暂时或永久性变化,并且SCI的发生率高、成本高、致残率高、发病年龄低。SCI可能由高强度损伤引起,如交通事故、坠落损伤和暴力损伤,或由感染、肿瘤、脊椎退行性疾病引起,也可由缺血-再灌注损伤和血管原因引起。SCI的年发病率约为每年17000人,一名高位四肢瘫痪患者的第一年费用超过100万美元。每年约有930000例新的由事故引起的脊髓损伤病例,严重SCI对患者及其家人来说是一个巨大的身体、心理和经济负担。
尽管全身给药甲基强的松龙琥珀酸钠(MPSS)已被批准为治疗急性SCI的唯一药物,但该药物的疗效有限,副作用严重,严重限制了其在临床实践中的应用。通过手术方法治疗脊髓损伤,也仅仅起到了为损伤部位减压的作用,其疗效微乎其微。
目前,脊髓损伤可以以椎板切除减压术、硬脊膜囊扩大修补术等手术方式进行治疗,椎板切除减压术主要是通过切除病变的椎板、骨质、软骨终板,从而解除脊髓的压迫,恢复脊髓的功能。适用于脊髓损伤早期,椎管无明显狭窄,脊髓损伤不严重的患者。硬脊膜囊扩大修补术主要是通过手术的方式,将脊髓与硬脊膜囊进行扩大,从而达到治疗的目的。适用于硬脊膜囊受压,脊髓功能损伤不严重的患者。但是手术方法治疗脊髓损伤破坏了脊柱和脊髓间原有的生理结构并伴随着很高的风险,例如神经受损,手术治疗过程中如果医生操作不当,可能会对颈椎神经造成损伤,从而导致患者四肢麻木、无力,甚至出现瘫痪。患者手术后如果护理不当,也可能会导致病原体侵入,引发伤口感染,导致伤口愈合不良。
间充质干细胞(MSCs)静脉注射已成为促进脊髓损伤后功能恢复的新方法。干细胞疗法是将各种类型的干细胞移植到受损区域,以解决细胞活力、细胞在病变部位的保留、支持性物理基质、病变腔的填充和介导定向生长的问题。在各种类型的干细胞中,间充质干细胞因其具有自我更新和向多系分化的能力而不存在伦理问题而被广泛用于细胞治疗。此外,MSCs具有低免疫原性和来源多样化的优势。但是肺具有清除60%以上施用的间充质干细胞(MSCs)的能力,导致可以作为损伤部位和损伤部位的宿主并发挥治疗作用的MSCs的数量减少。尽管肺部的一些细胞可能存活2-3天,并释放外泌体,外泌体可能会传播到目标损伤部位,但患者可能会出现咳嗽副作用。然而,脊髓损伤病变的神经炎症微环境已被证明对间充质干细胞的生存和功能有害,因此对这些细胞的临床应用构成了重大障碍。
进一步的,在干细胞的基础上,越来越多的研究证实了间充质干细胞主要是通过其旁分泌作用而发挥其治疗能力,旁分泌作用也被认为是在维持细胞内环境平衡及疾病转归过程中细胞间通讯的重要环节。
而这其中,外泌体在细胞的旁分泌作用中发挥了极大的作用,MSC分泌物外泌体(MSC-Exos),直径在30~100nm之间,起源于内体途径,内体膜的向内出芽导致管腔内小泡的形成,释放后称为外泌体。间充质干细胞的外泌体具有易于保存,性质稳定;一般不引起体内的免疫排斥反应;无致瘤性等优势,为细胞间通讯的重要媒介,可以靶向激活下游、远程信号分子,由细胞通过直接挤压细胞表面的质膜释放。EVs携带不同的RNA、蛋白分子,如mRNA和miRNA,和一些营养因子,这些分子可以在功能上转移到受体细胞,并被认为在(病理)生理过程中发挥重要作用,可使用外泌体促进脊髓损伤后功能恢复。但是,外泌体虽然可以作为一种潜在的治疗药物,然而,由于原始外泌体负载容量低以及难以在活体内追踪,且外泌体本身缺乏功能专一性大大降低其临床应用前景。
因此,如何通过对外泌体进行调整来提高外泌体的治疗效果对脊髓损伤的治疗至关重要。
实现思路