无针注射 | 外泌体改善老化皮肤中的胶原蛋白生成

为了追求更年轻的外观，许多人在皮肤上涂抹药膏或注射真皮填充剂。但局部治疗通常不是很有效，因为它们不会深入皮肤深处，而注射的结果通常只持续几个月并且可能会很痛苦。现在，在 ACS Nano 上报道的研究人员已经开发出一种无针“外泌体”治疗方法，可以减少紫外线照射的皮肤皱纹。使用喷射注射器无针注射外泌体为外泌体的透皮递送提供了一种有效的方法。

无针注射技术

无针注射技术 (NFIT) 涵盖范围广泛的药物输送系统，这些系统使用洛伦兹、冲击波、气体压力或电泳等任何一种力推动药物通过皮肤，从而推动药物通过皮肤，实际上消除了使用皮下注射针。此类设备以可重复使用的形式提供。

与传统注射器相比，NFIT 不仅让用户免于不必要的痛苦，而且还可以使用固体托盘形式的药物。这项技术的未来前景广阔，可确保几乎无痛和高效的药物输送。

Comfort-In™ 无针注射器和无针注射器

与该技术相关的主要缺点是给药后皮肤的“湿润”，如果不加以注意，可能会产生灰尘和其他有害杂质。这项技术得到了世界卫生组织、疾病控制和预防中心以及包括比尔和梅琳达盖茨基金会在内的各种组织的支持。

这项技术不仅被认为对制药业有益，而且发展中国家也发现它在大规模免疫计划中非常有用，避免了针刺伤害的机会，并避免了其他并发症，包括因多次使用单针而引起的并发症，并已观察到更好的患者依从性。

外泌体改善老化皮肤中的胶原蛋白生成

随着皮肤细胞老化，它们会失去繁殖和产生胶原蛋白的能力，而胶原蛋白是皮肤的主要结构蛋白。科学家们发现，用干细胞外泌体在培养皿中处理人类皮肤细胞可以增加胶原蛋白的含量并引起其他年轻的变化。外泌体是含有蛋白质和 RNA 的膜状囊泡，细胞释放它们以相互交流。研究人员用人类真皮成纤维细胞的外泌体处理小鼠皮肤是否可以减少皱纹并恢复年轻特征。为了避免注射外泌体，研究人员测试了一种无针装置，该装置使用空气喷射将药物输送到皮肤深处。

在这一项验证研究中，北卡罗来纳州立大学的研究人员表明，从人类皮肤细胞中提取的外泌体在修复小鼠晒伤皮肤细胞方面比目前使用的流行的视黄醇或基于干细胞的治疗更有效。此外，纳米大小的外泌体可以通过无针注射递送至靶细胞。

原文Journal reference:Hu, S. et al. (2019) Needle-Free Injection of Exosomes Derived from Human Dermal Fibroblast Spheroids Ameliorates Skin Photoaging. ACS Nano. doi.org/10.1021/acsnano.9b04384.

研究人员将小鼠暴露在紫外线 B (UVB) 下，这会加速衰老并导致皱纹形成。经过 8 周的 UVB 照射后，研究人员使用无针注射器将来自人类皮肤成纤维细胞的外泌体施用于一些小鼠。三周后，接受治疗的小鼠比未治疗的小鼠或接受局部视黄酸（一种标准的抗衰老药物）的小鼠表现出明显更薄和更浅的皱纹。与未治疗小鼠的皮肤相比，外泌体治疗小鼠的皮肤更厚，炎症减少，胶原蛋白合成增强。

研究人员表明，从人类皮肤细胞中提取的外泌体在修复小鼠晒伤皮肤细胞方面比目前使用的流行的视黄醇或基于干细胞的治疗更有效。此外，纳米大小的外泌体可以通过无针注射递送至靶细胞。

| 将单层真皮成纤维细胞培养成球体，然后收集外泌体并通过无针注射器输送用于皮肤老化治疗。

外泌体是被细胞排泄和吸收的微小囊（30-150 纳米宽）。它们可以将 DNA、RNA 或蛋白质从一个细胞转移到另一个细胞，从而影响受体细胞的功能。在再生医学领域，正在测试外泌体作为干细胞治疗从心脏病到呼吸系统疾病等疾病的载体。

外泌体促进皮肤细胞增殖和再上皮化

在增殖期，成纤维细胞增殖通常开始于皮肤损伤后第 3 天，此后成纤维细胞出现并开始增殖产生 ECM；此外，上皮细胞开始增殖并朝创面中心迁移，从而加速创面愈合。因此，细胞增殖和皮肤上皮再形成是皮肤再生的关键。

有研究发现，在糖尿病大鼠模型中，富血小板血浆衍生的 EXOs 通过激活 YAP 蛋白，有效促进成纤维细胞的增殖和迁移，以及创面皮肤再上皮化， ADSCs-EXOs 能够促进周围神经损伤后再生。

另外，研究发现，人成纤维细胞衍生的外泌体富含具有生物活性的热休克蛋白-90α，以及具有促血管生成能力的 miR-126、miR-130a、miR-132，具有抗炎作用的miR-124a、miR-125b，以及具有调节胶原沉积的miR-21，从而表现出加速创面血管生成、加速创面成纤维细胞及上皮细胞的增殖和迁移，来促进创面愈合。

hADSCs-EXOs 可以通过促进成纤维细胞增殖和胶原蛋白合成，以及上调 N 钙黏蛋白的基因表达，促进细胞周期蛋白 1、增殖细胞核抗原、Ⅰ型胶原和体外Ⅲ型胶原的合成，来促进创面愈合。体内实验也证明，hADSCs-EXOs 通过优化成纤维细胞特性，从而显著促进皮肤伤口愈合。

此外，人诱导多能干细胞衍生的 MSCs-EXOs 通过促进人皮肤成纤维细胞增殖和迁移，以及通过增强胶原合成促进皮肤创面愈合。研究表明，在大鼠深二度烧伤损伤模型中，hucMSCs-EXOs 可抑制细胞凋亡，并激活 Wnt4/β-catenin 和 AKT 信号通路，以增加角蛋白 19、PCNA 和Ⅰ型胶原的表达，从而促进细胞增殖，加速再上皮化。

外泌体促进胶原重塑从而减少瘢痕

严重创伤、大面积烧伤和痤疮通常会导致瘢痕形成，这是肌成纤维细胞过度聚集和 ECM 沉积的结果。瘢痕的形成不仅影响美观，而且也影响器官功能。

hADSCs-EXOs 可优化成纤维细胞的特性来促进创面愈合，他们发现在创面愈合早期阶段，hADSCs-EXOs 通过促进成纤维细胞分泌Ⅰ、Ⅲ型胶原，从而加速皮肤再生；然而在晚期阶段，它们可以抑制胶原蛋白的表达，从而减少瘢痕形成。

研究证明脐带间充质干细胞来源 EXOs 内携带一些特异性 miRNAs（miRNA-21、miRNA-23A、miRNA-125B 和 miRNA-145），这些 miRNAs 通过抑制 TGF-β/SMAD2 通路，抑制肌成纤维细胞分化和过度纤维化，从而减少瘢痕形成。另有报道表明，在大鼠创面模型中，高浓度的人羊膜上皮细胞来源 EXOs 通过刺激基质金属蛋白酶 1 的表达来调控 ECM 沉积，从而促进创面愈合。

此外，近年研究表明，hucMSCs-EXOs 抑制皮肤瘢痕形成的新机制是，在皮肤再生的重塑阶段，hucMSCs-EXOs 递送 14-3-3ζ 蛋白，有效地调控 YAP 通路；在高细胞密度条件下，14-3-3ζ 蛋白募集 YAP 和 p-LATS 形成复合物，复合物诱导 YAP 磷酸化来抑制 Wnt/β-连环蛋白信号传导，从而限制过度真皮成纤维细胞扩张和胶原沉积。

外泌体和头发生长

脱发是一种常见的医学问题，对受影响的个体有严重的负面影响。它与多种因素有关，包括营养缺乏、荷尔蒙变化和药物治疗。斑秃和雄激素性脱发是当今皮肤科医生面临的挑战，缺乏有效的治疗方法。

已经开发了多种皮肤病学化合物来对抗脱发。非那雄胺和米诺地尔是治疗脱发的主要方法。然而，它们仅具有短期效果，停止治疗会导致快速脱发并具有已知的副作用。自体毛囊移植也曾尝试过，但供体毛囊数量有限，是一种侵入性操作，移植物成活率很大程度上取决于外科医生。因此，脱发是一个未解决的问题，需要有效的长期策略。

毛囊周期是一个复杂的过程，涉及快速生长（生长期）、退化（退行期）和静止期（休止期）的交替阶段。毛囊是包含上皮和间充质区室的表皮附属物。真皮乳头 (DP) 位于毛囊底部，在毛囊周期中起着重要作用。AT-MSCs 能够在体外促进 DP 细胞的增殖并促进小鼠和人类的毛发生长。

研究发现，外泌体对 DP 细胞进行体外处理会导致 AKT 以及抗凋亡蛋白 Bcl-2 的磷酸化激活，从而增加它们的存活和迁移。另一方面，通过MSC-EV处理，VEGF和IGF-1基因的表达和释放以剂量依赖性方式显着增加。这些因素促进头发生长，增加毛囊大小和头发厚度。这些外泌体的体内效应导致 Wnt3a 和 Wnt5a 信号传导增加，因此该治疗可用于激活人类毛囊干细胞，通过 Wnt/β-catenin 激活导致生长期。BM-MSC外泌体显着促进了休止期向生长期的转化，增加了真皮的厚度，这也间接反映了毛发生长的改善。此外，未观察到主要器官损伤，表明 BM-MSC 外泌体可能是一种无毒治疗选择。MSC 外泌体在毛囊动力学中的作用很可能会成为皮肤再生化妆品和生物医学中的重要工具。

上述研究证明外泌体可促进创面愈合，从细胞角度看，外泌体通过增强上皮细胞、内皮细胞和成纤维细胞的增殖、迁移，以及调节血管新生、胶原合成和 ECM 重塑的能力，来达到创面更快愈合的目的；从分子角度看，外泌体通过携带特定的 miRNA 或蛋白质，来调节靶细胞基因的表达和信号通路的激活。目前虽已证明外泌体治疗创面从安全性和疗效方面都有不错的效果。