文献速递：多功能DNA水凝胶促进糖尿病牙槽骨缺损重建过程
近日，四川大学华西医院童南伟团队在多功能水凝胶研发方面取得了研究进展。相关研究成果已发表在国际知名期刊《small》(IF= 15.153、一区top期刊)上。
糖尿病牙槽骨缺损（DABD）会导致细菌感染持续、长期炎症以及骨愈合延迟，使其成为一个相当大的临床挑战。研究中，研究人员通过整合银纳米簇（AgNC）和M2巨噬细胞衍生的细胞外囊泡（M2EV），开发了一种名为Agevgel的多功能DNA水凝胶，该种水凝胶具有抗菌、抗炎、免疫调节和成骨特性，可促进DABD重建过程。
中性粒细胞是最常见的先天免疫效应细胞，具有靶向炎症和消除病原体的能力。中性粒细胞释放的中性粒细胞弹性蛋白酶 (ELANE) 或其同源物（猪胰腺弹性蛋白酶 (PPE)）可以杀死多种癌细胞类型，同时保留非癌细胞并引发远隔手术由细胞毒性 T 淋巴细胞介导的作用，可减弱原发性和远端肿瘤的生长。然而， ELANE/PPE单独的杀伤癌细胞效果不理想，并且免疫激活不足的性质导致其在肿瘤应用中受限。因此需要增强 ELANE/PPE 的肿瘤细胞杀伤活性，同时保留精确的靶向能力，以实现最大的治疗效果。
先前的研究已证明各种多功能水凝胶系统可用于牙槽骨损伤后的骨再生。DNA是一种出色的生物工程材料，用于构建水凝胶作为局部输送载体。与基于合成或天然聚合物的水凝胶相比，DNA水凝胶具有独特的优势，例如优异的生物相容性、可降解性和可调节的机械性能。此外，制备物理交联的DNA水凝胶快速且容易，适合封装生物活性分子甚至活细胞。DNA水凝胶已被用作牙周疾病基于细胞因子的免疫治疗的支架。AgNCs也可以使用DNA作为支架在水溶液中合成和稳定。因此，使用DNA模板AgNCs构建DNA水凝胶可以提供理想的抗菌支架。
巨噬细胞还参与骨修复通过与间充质干细胞 (MSC) 相互作用进行再生，其中细胞外囊泡 (EV) 对于细胞通讯至关重要。小细胞外囊泡 (sEV) 是一种直径<200 nm 的 EV 亚型。先前的研究表明，基于M2巨噬细胞衍生的sEV（M2EV）的治疗策略在骨修复方面很有前景。然而，sEV的临床应用有限体内清除速度快，导致局部浓度不足，治疗效果低。此外，直接给药时，sEV 很容易扩散到治疗部位之外，存在安全问题。因此，需要开发合适的 M2EV 支架来维持其治疗活性，同时抑制副作用。
M2EV 可用于治疗糖尿病牙槽骨缺损 (DABD)。一方面，M2EVs和AgNCs的协同合作可以加速DABD病理过程的愈合。另一方面，粘附性DNA水凝胶不仅为AgNCs和M2EVs以时间依赖性方式持续释放提供了理想的药物平台，而且还可以作为不同形状的DABDs的人工细胞外基质进行拟合，避免受到外部不利因素的影响。此类 DNA 水凝胶从未用于 sEV 递送，并且其治疗效果尚未在 DABD 模型中进行评估。
考虑到上述关键问题以及 M2EV、AgNC 和 DNA 水凝胶系统的优点，在本研究中开发了一种多功能 DNA 水凝胶，名为 Agevgel。通过将 AgNC 和 M2EV 整合到 DNA 水凝胶中来促进 DABD 重建。Agevgel 水凝胶可以提供生物粘附性，无需注射即可修复骨缺损，并且可以通过持续释放 AgNC 和 M2EV 来增强牙槽骨的重建。
糖尿病牙槽骨缺损（DABD）会导致细菌感染持续、长期炎症以及骨愈合延迟，使其成为一个相当大的临床挑战。研究中，研究人员通过整合银纳米簇（AgNC）和M2巨噬细胞衍生的细胞外囊泡（M2EV），开发了一种名为Agevgel的多功能DNA水凝胶，该种水凝胶具有抗菌、抗炎、免疫调节和成骨特性，可促进DABD重建过程。
中性粒细胞是最常见的先天免疫效应细胞，具有靶向炎症和消除病原体的能力。中性粒细胞释放的中性粒细胞弹性蛋白酶 (ELANE) 或其同源物（猪胰腺弹性蛋白酶 (PPE)）可以杀死多种癌细胞类型，同时保留非癌细胞并引发远隔手术由细胞毒性 T 淋巴细胞介导的作用，可减弱原发性和远端肿瘤的生长。然而， ELANE/PPE单独的杀伤癌细胞效果不理想，并且免疫激活不足的性质导致其在肿瘤应用中受限。因此需要增强 ELANE/PPE 的肿瘤细胞杀伤活性，同时保留精确的靶向能力，以实现最大的治疗效果。
先前的研究已证明各种多功能水凝胶系统可用于牙槽骨损伤后的骨再生。DNA是一种出色的生物工程材料，用于构建水凝胶作为局部输送载体。与基于合成或天然聚合物的水凝胶相比，DNA水凝胶具有独特的优势，例如优异的生物相容性、可降解性和可调节的机械性能。此外，制备物理交联的DNA水凝胶快速且容易，适合封装生物活性分子甚至活细胞。DNA水凝胶已被用作牙周疾病基于细胞因子的免疫治疗的支架。AgNCs也可以使用DNA作为支架在水溶液中合成和稳定。因此，使用DNA模板AgNCs构建DNA水凝胶可以提供理想的抗菌支架。
巨噬细胞还参与骨修复通过与间充质干细胞 (MSC) 相互作用进行再生，其中细胞外囊泡 (EV) 对于细胞通讯至关重要。小细胞外囊泡 (sEV) 是一种直径<200 nm 的 EV 亚型。先前的研究表明，基于M2巨噬细胞衍生的sEV（M2EV）的治疗策略在骨修复方面很有前景。然而，sEV的临床应用有限体内清除速度快，导致局部浓度不足，治疗效果低。此外，直接给药时，sEV 很容易扩散到治疗部位之外，存在安全问题。因此，需要开发合适的 M2EV 支架来维持其治疗活性，同时抑制副作用。
M2EV 可用于治疗糖尿病牙槽骨缺损 (DABD)。一方面，M2EVs和AgNCs的协同合作可以加速DABD病理过程的愈合。另一方面，粘附性DNA水凝胶不仅为AgNCs和M2EVs以时间依赖性方式持续释放提供了理想的药物平台，而且还可以作为不同形状的DABDs的人工细胞外基质进行拟合，避免受到外部不利因素的影响。此类 DNA 水凝胶从未用于 sEV 递送，并且其治疗效果尚未在 DABD 模型中进行评估。
考虑到上述关键问题以及 M2EV、AgNC 和 DNA 水凝胶系统的优点，在本研究中开发了一种多功能 DNA 水凝胶，名为 Agevgel。通过将 AgNC 和 M2EV 整合到 DNA 水凝胶中来促进 DABD 重建。Agevgel 水凝胶可以提供生物粘附性，无需注射即可修复骨缺损，并且可以通过持续释放 AgNC 和 M2EV 来增强牙槽骨的重建。
▲ 用 Agevgel和游离 M2EV 治疗后第 0、3 和 7 天 DABD 区域的相对荧光变化在应用活体成像评估AgevgelM2EV 治疗效果的实验中，使用博鹭腾AniView系列多模式动物活体成像系统进行拍摄。从成像结果可见，两组的荧光强度逐渐减弱，但Agevgel组的荧光强度明显高于Free-EV组。并且能够看出，给药后7天，Agevgel 组检测到强荧光信号，而 Free-EV 组未检测到荧光信号。
总而言之，在该研究中评估了Agevgel的治疗效果，发现AgNCs、M2EVs和DNA水凝胶的组合通过持续供应AgNCs和M2EVs，消除细菌感染和治疗，实现了DABD的免疫调节和愈合的最佳微环境。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/smll.202305594
