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创伤性脑损伤(traumatic brain injury, TBI)是脑部受外力打击后引起的神经系统疾病,可导致大脑暂时性或永久性的功能或结构损伤[1],是急诊外科最为常见的损伤,同时也是现代战争的标志性创伤之一。TBI可分为原发性损伤和继发性损伤,继发性损伤包括氧化应激、炎症反应、线粒体功能障碍等,是TBI患者神经修复预后不良的主要原因[2],也与多种神经退行性疾病的病理机制密切相关。
基于干细胞的组织再生修复治疗已经在基础研究和临床试验中得到广泛开展[3]。间充质干细胞(mesenchymal stem cells, MSCs)移植是促进中枢神经损伤后修复极具潜力的方向[4]。MSCs是一种多能干细胞,可以从骨髓、脐带等组织中获取[5, 6]。研究表明,炎症环境中,MSCs可以迁移到脑损伤部位,通过旁分泌机制分泌生长因子、抗炎因子等,具有减少神经炎症、增强神经发生以及改善运动和认知功能的作用[4, 7, 8]。TBI后,将骨髓间充质干细胞(bone marrow derived mesenchymal stem cells, BMSCs)直接注射到脑损伤部位,或通过静脉或动脉注射,被证明可以显著改善运动和认知障碍[9-11]。白藜芦醇(resveratrol, RSV)是非黄酮类多酚有机化合物,具有抗炎、抗氧化等作用[12]。RSV已被证明可抑制神经元自噬和炎症,减轻TBI引起的脑水肿,提高学习记忆能力,并促进运动感觉功能恢复[13]。
组织工程支架是再生医学中非常有应用潜力的工具,使用无毒、低免疫原性、可注射和降解的生物材料作为支架负载生物活性单元,如干细胞/胞外囊泡进行移植治疗,具有局部定位、修补缺损组织、可在较长时间内发挥治疗活性的优势[14],有效解决干细胞移植滞留和存活率低的难题。温度敏感水凝胶因其对温度变化的敏感性而得到了广泛应用,该特性赋予了水凝胶局部可注射及驻留的特性[15]。N-异丙基丙烯酰胺(N-Isopropyl acrylamide, NIPAM)是热敏感性聚合物之一,低临界相转变温度为32 ℃,接近于人体温度,化学性质稳定,已被广泛用作具有智能温度响应性的药物和基因传递系统,是制备温度响应性水凝胶的理想材料[16]。透明质酸(hyaluronic acid, HA)是细胞外基质的主要成分之一,存在于全身组织,并且具有低硬度和生物相容性,是一种有潜力用于脑组织的生物医学应用材料[17]。丝素蛋白(silk fibroin, SF)是从蚕丝中提取的天然高分子纤维蛋白,具有低免疫原性及可生物降解特性[18]。
本研究以SF和HA为聚合物骨架,结合温敏分子NIPAM制备了温敏水凝胶NIPAM-HA-SF,负载BMSCs和RSV-LIP,考察水凝胶对TBI的治疗作用。
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如图1B、1C所示,BMSCs与RSV-LIP和水凝胶共培养1、4 d,激光共聚焦显微镜观察显示绿色荧光细胞较多,BMSCs生长状况良好,随着时间的延长,死细胞的比例增加,活细胞也有所增加,说明装载RSV-LIP的水凝胶支架对细胞活性无影响,具有较好的生物相容性。
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RSV-LIP的粒径、Zeta电位分别为(127.80±0.41)nm,(−4.90±0.51)mV。
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RSV-LIP中RSV的包封率为(78.50±1.48)%,载药量为(2.37±0.06)%。
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如图2所示,方法专属性良好,RSV保留时间为5.90 min,空白载体对RSV测定无干扰。1~200 µg/ml浓度范围内,RSV浓度(C, μg/ml)与峰面积(A)呈良好线性关系,线性回归方程为 A=1.953 8C+3.012 3,r=
0.9998 。 -
由表1可知,低、中、高浓度RSV在日内和日间均具有良好的精密度,日内精密度和日间精密度RSD均小于5%,表明所建立方法的精密度满足要求,可用于样品中RSV的含量测定。
浓度
(μg/ml)日内 日间 $ \bar x $±s RSD(%) $ \bar x $±s RSD(%) 100 104.4±0.22 0.21 103.4±0.25 0.24 20 24.03±0.13 0.54 2.48±0.23 1.02 4 3.80±0.02 0.53 3.78±0.03 0.79 由表2可知,低、中、高浓度RSV的回收率均在95%~115%范围内,且RSD值均小于5%,表明该方法稳定可靠,可用于样品中RSV含量的测定。
加样浓度(μg/ml) 回收浓度(μg/ml) 回收率(%) RSD(%) 100 107.7±0.03 107.1 0.03 20 20.99±0.02 104.6 0.10 4 4.02±0.02 100.2 0.50 -
载RSV-LIP的水凝胶前2 h累计释放RSV约15%,在24、48和72 h的累计释药量分别是(39.57±0.36)%、(42.23±0.13)%和(43.31±0.34)%,具有明显的缓释作用。
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如图3所示,BMSCs组、RSV组、RSV-LIP组、BMSCs+RSV-LIP组ROS水平均低于TBHP组,其中,BMSCs+RSV-LIP组差异显著(P<0.001),说明BMSCs和RSV均具有抗氧化应激损伤的作用,合用具有协同增效的作用。
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如图4所示 BMSCs组、RSV组、RSV-LIP组、BMSCs+RSV-LIP组的TNF-α水平均低于LPS组(P<0.001),说明BMSCs和RSV均具有抗炎作用。其中,BMSCs+RSV-LIP组、RSV-LIP组的抗炎作用显著高于RSV组(P<0.01)、BMSCs组(P<0.001),说明RSV以脂质体形式给药具有显著抗炎作用。
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如图5所示,比较0、12和24 h划痕宽度,BMSCs组和BMSCs+RSV-LIP组NE-4C细胞迁移速度明显较快,表明BMSCs可以促进神经干细胞迁移,有助于损伤神经系统的再生修复。
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如图6A所示,载BMSCs/RSV-LIP水凝胶组悬挂得分显著高于对照组(P<0.001),载RSV-LIP水凝胶组得分显著高于对照组(P<0.001)。如图6B所示,载BMSCs水凝胶组、载RSV-LIP水凝胶组、载RSV-LIP/BMSCs水凝胶组踏空概率均显著低于对照组(P<0.001)。如图6C所示,载BMSCs/RSV-LIP水凝胶组mNSS评分低于对照组(P<0.01),综合说明载BMSCs/RSV-LIP水凝胶可以改善TBI小鼠肢体协调能力和平衡功能,促进TBI小鼠感觉运动功能的恢复。
Hydrogel scaffolds loaded with bone marrow mesenchymal stem cells/resveratrol liposomes for traumatic brain injury treatment
doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202406034
- Received Date: 2024-06-19
- Rev Recd Date: 2024-09-25
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Key words:
- traumatic brain injury /
- hydrogels /
- resveratrol liposomes /
- bone marrow mesenchymal stem cells
Abstract:
Citation: | CHI Wenya, YUAN Yan, LI Weilin, WU Tongyu, YU Yuan. Hydrogel scaffolds loaded with bone marrow mesenchymal stem cells/resveratrol liposomes for traumatic brain injury treatment[J]. Journal of Pharmaceutical Practice and Service. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202406034 |