[发明专利]生物活性材料促进干细胞来源外泌体治疗角膜损伤

说明书

本发明涉及到一种含有干细胞分泌的外泌体的生物材料水凝胶滴眼液，其具有良好的细胞相容性和生物活性。这种活性水凝胶可以作为滴眼液，将外泌体缓慢释放至损伤组织；所述水凝胶可以增强外泌体在损伤部位的保留率和局部浓度，促进眼部组织损伤修复，促进角膜细胞存活，增殖，减少凋亡，促进损伤区域功能恢复，抑制病理性血管新生，抑制眼部炎症反应。同时，与生物活性材料结合后可以延长外泌体的驻留时间，减少给药次数，便于更加精确的控制药物剂量。

技术领域

本发明属于组织工程与新医药技术领域。具体涉及一种结合干细胞来源的外泌体的生物活性材料水凝胶滴眼液的制备，还涉及这类材料作为滴眼液应用于角膜组织损伤修复的治疗效果。

背景技术

干细胞因其全能性与多向分化潜能广泛应用于多种疾病，干细胞可分为成体干细胞和胚胎干细胞，其中，间充质干细胞是一种来源广泛的成体干细胞，只表达低水平的HLA/MHC I类分子，具有低免疫原性和一定的免疫抑制能力。其呈现出多能性，能够在体外和体内分化为许多结缔组织细胞类型如成骨细胞，软骨细胞和脂肪细胞的表型。成为干细胞治疗中的重要工具。目前的研究中，间充质干细胞在多种疾病治疗中表现出潜力，包括自身免疫性疾病，实体器官移植物存活，肝硬化，肾脏疾病，神经和肌肉退化疾病，心肌梗塞或脊髓引起的病变和损伤等。胎盘来源的间充质干细胞作为一种来源于年轻供体的细胞，可能具有更强的增殖和分化能力。

有研究认为，除了细胞移植后发生转分化代替损伤的组织细胞外，间充质干细胞的旁分泌作用是其在疾病治疗中发挥作用的重要机制。典型的间充质干细胞分泌谱包括生长因子，细胞因子，细胞外基质蛋白酶，激素和脂类介质等。在20世纪80年代早期，研究人员首次描述了由网织红细胞分泌的小内皮细胞囊泡（30nm-100nm），并应用外泌体（exosome）进行命名。Exosome是由脂质，蛋白质，细胞骨架元素，分子伴侣和信号分子动态组成的的囊泡样小体，由细胞主动向胞外分泌，大小均一。多项研究表明，间充质干细胞和其他细胞之间的沟通可以通过外泌体（exosome）。研究证明，exosome中也含有遗传物质，包括信使RNA（mRNA）和微小RNA（microRNA）。多种类型的细胞，包括心肌细胞，血管内皮细胞和间充质干细胞，均可分泌含有miRNA及细胞因子的exosome，而miRNA介导的内皮细胞与心血管细胞之间的通讯也被证实。

水凝胶作为一种亲水聚合物的交联形式，已经展现出是一种在生物及医学领域具有巨大潜力的生物材料。这些亲水聚合物网络中通常对水有很高的亲和力，但由于其通过物理或化学作用形成了交联网络，故不会溶解在水中，同时水可以渗入聚合物的聚合物网络之间，随后引起膨胀形成一种水凝胶模式。作为植入体，可经过简单的混合而负载多种治疗药物和不需预设支架形状，是理想的药物载体、栓塞材料和组织工程支架材料。此外，水凝胶作为一种天然大分子化合物，具有一定的机械强度和可降解性等物理参数，同时也具有生物相容性和提供生物相关微环境的生物学特性，在医学领域具有广泛的应用。此外，因温度响应型水凝胶具有良好的可注射性，可以避免置放已成形细胞支架带来的损伤，故温度响应型水凝胶可作为组织工程的细胞支架用于移植细胞。天然水凝胶具有疏松多孔的网状结构，可以模拟天然的细胞外基质并为细胞粘附、迁移和增殖提供支持；另外，天然水凝胶可以被溶酶体降解，在生物体内具有良好的生物可降解性，可以完全被生物降解，以便在组织修复后完全被生物组分取代。

在人来源的间充质干细胞的培养基中，科学家已经证实了exosome的存在，将这些exosome注射到缺血-再灌注模型大鼠中，其显示出卓越的心肌保护作用。以上结果表明，MSCs分泌的exosome可能具有促进组织修复的潜力。鉴于眼部的清洁作用，眼部给药一直以来存在一个问题，就是药物在角膜表面停留较短。因此，目前眼部给药的方法就是多次给药，但反复的药物刺激可能产生炎症反应，且药物使用量增加，患者依从性差。从这一点上来看，将外泌体与生物活性材料结合，制成水凝胶滴眼液，可以促进外泌体驻留，提高治疗效果，从而为组织损伤修复提供新的视角。

发明内容

本发明是一种生物材料水凝胶包裹递送外泌体并增强其在角膜损伤中的治疗效果的技术手段。