来源自微信公众号：For Better Science
心力衰竭作为一种严重的心血管疾病，其高发病率和死亡率给全球公共卫生带来了巨大的挑战。传统治疗方法往往难以从根本上逆转心肌损伤，促进心脏功能的恢复。因此，寻找新型、有效的治疗手段成为当前研究的热点。干细胞疗法，尤其是骨髓来源干细胞（BMSCs）的应用，为心力衰竭治疗提供了新的思路。然而，干细胞在体内的存活率和治疗效果受到多种因素的制约，其中之一便是氧化应激导致的细胞损伤。红曲色素作为一种天然色素，不仅具有抗氧化、抗炎等多种生物活性，还有望成为保护干细胞免受氧化应激损伤的有效工具。
近日，来自东莞市人民医院杨志禄&成都市第三人民医院侯君团队巧妙地将红曲色素与BMSCs相结合，设计了一种新型的治疗策略。他们首先制备了负载红曲色素的纳米颗粒（PPM），并验证了其抗氧化性能。随后，通过一系列实验，评估了PPM对BMSCs的保护作用，以及二者联合应用对心力衰竭的治疗效果。
相关研究成果以“Monascus pigment-protected bone marrow-derived stem cells for heart failure treatment”为题于2024年9月4日发表在《Bioactive Materials》上（IF = 18）。
封装有HY的PPM的制备与表征
本研究合成了PP接枝共聚物(图2A)，通过1HNMR和FT-IR分析确认其结构成功构建，包含PEG、PCL及羧基（图2B）。进一步制备了空白与载药负载红曲色素的纳米颗粒(PPM)，发现载药后粒径增大，且PPM带负电荷，利于减少细胞毒性（图2-E）。TEM显示PPM形态均匀、尺寸相近（图2F和G）。紫外-可见光谱测定MP含量适中。MP释放动力学显示初期快速释放，HY@PPM与PPM释放曲线相似（图2H）。DPPH实验表明PPM能高效清除ROS，且清除效率随浓度增加而提升，但在高浓度时趋于饱和（图2I和J）。这些发现为PPM作为药物载体提供了科学依据，展示了其在药物传递系统中的应用潜力。
图3展示了HY前驱体合成、FT-IR分析、HY快速凝胶化及性能。OHA转化为醛基（图3B），CMC含氨基，多巴胺接枝成功。HY通过席夫碱反应交联，快速凝胶化适合注射。HY具有强组织粘附性和机械性能，可保留BMSCs和PPM在心包内。SEM显示HY多孔结构，利于PPM嵌入（图3D-F）。流变学分析表明HY以弹性为主，耐变形（图3G）。溶胀实验显示HY高溶胀比，同时具一定降解性（图3H, I）。这些特性使HY适用于需要机械鲁棒性和生物降解性的生物医学应用，如心肌修复等。
封装有PPM的HY改善了炎症微环境
在评估PPM和HY的细胞毒性后，发现两者在200 μg/mL内对细胞无毒。但MP和H2O2浓度过高时，细胞活力下降。确定200 μM H2O2模拟高ROS环境。研究显示PPM提高了巨噬细胞对其的摄取，增强了MP利用率（图4A–C）。PPM封装在HY中不影响吞噬。PPM能诱导巨噬细胞从M1向M2转变，减轻炎症。在50 μg/mL时效果最佳（图4D和E），显著降低TNF-α并增加IL-10分泌（图4F），100 μg/mL无额外益处。因此，50 μg/mL PPM被选为后续研究最佳浓度，以探讨其对心脏微环境的改善作用。
细胞内活性氧（ROS）增加对心肌细胞及间充质干细胞（BMSCs）有负面影响，包括凋亡加剧和炎症激活。通过评估PPM（一种纳米材料）的ROS清除能力，发现PPM显著降低了高ROS条件下H9c2细胞内ROS水平，并保护了BMSCs免受ROS损伤（图5A-G）。进一步，封装有PPM的透明质酸（HY@PPM）不仅有效维持了BMSCs在ROS环境中的分布和活力，还促进了其分泌功能，如血管内皮生长因子（VEGF）的分泌（图5H）。此外，研究发现PPM在共培养体系中减少了凋亡相关基因BAX的表达，表明其能够减轻心肌细胞在不良微环境中的凋亡（图5I）。这些发现强调了HY@PPM在保护细胞免受氧化应激、促进细胞生存和功能维持方面的潜力，为心脏疾病治疗中的细胞移植提供了有效的保护策略。通过调控细胞微环境，HY@PPM展示了其在再生医学领域的广泛应用前景。
研究人员首先评估了HY@PPM&BMSCs的生物相容性和安全性，确认其血液相容性良好后，在大鼠心力衰竭模型中测试了其治疗效果。研究发现，HY@PPM显著降低了心肌细胞内外ROS水平（图6A-C），而BMSCs则通过旁分泌作用进一步减轻了细胞内ROS水平，尽管其效果受不良微环境限制。PPM在细胞外基质中清除ROS，间接促进了BMSCs的作用。同时，PPM和BMSCs均表现出抗炎潜力，PPM更有效地降低了TNF-α表达并上调了抗炎因子IL-10，而BMSCs在恶劣微环境下调节巨噬细胞表型的能力受限（图6D, G）。此外，研究发现PPM通过改善心包内微环境，显著提高了BMSCs的滞留率，减少了干细胞损失并延长了其在心包内的停留时间（图6H和I）。这些结果表明，HY@PPM&BMSCs在心脏修复中具有潜在的治疗价值，且PPM在改善微环境和增强BMSCs效果方面发挥了重要作用。
HY@PPM&BMSCs对心力衰竭大鼠的治疗效果
通过H&E染色分析，发现生理盐水组心室壁变薄（图7A和B），间质空间增加，影响左心室功能。HY@PPM组显示心室壁恢复迹象，而HY@BMSCs和HY@PPM&BMSCs组心脏结构恢复接近正常，BMSCs植入增加间质毛细血管，促进心肌恢复。心脏损伤常致心室重塑和纤维化，影响功能。马松三色染色显示生理盐水组纤维化广泛，心室结构疏松；PPM掺入减少纤维化，但空间仍大。HY@BMSCs组纤维化显著减少，HY@PPM&BMSCs组结构接近正常，表明BMSCs促进恢复，PPM增强BMSCs疗效（图7C和D）。
通过膜联蛋白V-FITC染色评估心脏组织凋亡，发现PPM和BMSCs显著减少心肌细胞凋亡，PPM改善微环境是关键（图8A和B）。心功能评估显示，PPM未直接提升心功能，但BMSCs显著促进恢复，尤其是与PPM结合后效果更佳（图8C-E）。然而，尽管BMSCs体内滞留时间有所延长，但心脏跳动加速水凝胶降解，导致BMSCs快速清除，影响治疗效果。此外，BMSCs的获取、培养及个体差异性也限制了研究的深入。总之，PPM与BMSCs结合通过改善微环境，为心力衰竭治疗提供了新策略，但仍需解决BMSCs体内滞留问题。
本研究创新性地提出使用PPM增强BMSCs移植，以治疗心力衰竭。实验证明该方案安全有效，PPM通过清除ROS并极化巨噬细胞，为BMSCs创造了有利的微环境，显著提高了其在不良环境中的存活和分泌活性。在心力衰竭大鼠模型中，HY@PPM&BMSCs显著改善了心包炎症微环境，减少了ROS和促炎细胞因子，提高了BMSCs的存活率，并改善了心脏功能。这些发现为BMSCs在心力衰竭治疗中的临床应用提供了重要依据。
文章来源
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452199X24003773
原文链接
https://mp.weixin.qq.com/s/okLZkJNPKvpm81bQZxIKBA
