微针介导的缺氧细胞外囊泡封装硒纳米颗粒递送治疗雄激素性脱发

Microneedle-mediated hypoxic extracellular vesicle-encapsulated selenium nanoparticles delivery to treat androgenetic alopecia

作者信息Shuili Jing, Yonghao Liu, Ben Wang, Heng Zhou, Hui Zhang, Prakriti Siwakoti, Xiangyu Qu, Peng Ye, Yan He, Tushar Kumeria, Qingsong Ye
PMID40043914
发布时间2025-05-10
DOI10.1016/j.jconrel.2025.113597

实验完整度

包含体外细胞实验(ROS清除、细胞活力、细胞凋亡)、血管生成实验(管形成、划痕、ELISA)、抗炎实验(流式、免疫荧光)、体内动物模型(AGA小鼠)及组织学分析,并进行功能验证和机制验证。

主要模型

人毛乳头细胞(HHDPCs) 人脐静脉内皮细胞(HUVECs) RAW264.7巨噬细胞 AGA小鼠模型(睾酮诱导)

重点核对

SeNP浓度5 μg/mL用于后续实验 HEVs和Se-HEVs浓度100 μg/mL用于后续实验 DHT(5 ng/mL)诱导HHDPCs氧化应激 LPS(1 μg/mL)诱导M1极化 AGA小鼠模型:0.2%睾酮溶液每日涂抹,微针在第1、4、7、10天应用

摘要

雄激素性脱发(AGA)是最常见的脱发类型,缺乏理想的治疗方案。毛囊的损伤和脱落与微环境失调密切相关,包括活性氧(ROS)积累、微血管损伤和持续炎症。本研究设计了一种生物复合微针系统,由缺氧细胞外囊泡(EV)包封的硒纳米酶(Se-HEVs-AMN)组成,以创建有利的毛囊周围微环境。新型Se-HEVs-AMN生物复合贴片具有足够机械强度、定制溶解特性和方便的可分离背衬层的微针。微针用黄芪多糖(APS)修饰,并负载含有硒纳米酶的缺氧诱导EV。当应用于AGA小鼠背部皮肤时,微针快速溶解,释放活性成分,通过调节炎症、促进血管生成、清除ROS和抵抗雄激素来增加毛密度和增大毛囊直径。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
如何通过多管齐下的策略同时针对AGA的病理机制(ROS积累、微血管损伤、炎症)来有效治疗雄激素性脱发?
核心机制
Se-HEVs-AMN通过清除ROS、促进血管生成(上调HIF1α/VEGFα信号通路)、调节巨噬细胞极化(抑制M1、促进M2)以及抵抗雄激素作用,改善毛囊周围微环境,从而促进毛囊再生和毛发生长。
主要证据
体外实验显示SeNP具有浓度依赖的ROS清除活性,Se-HEVs保护HHDPCs免受DHT诱导的凋亡并促进HUVECs的血管生成(管形成、迁移、VEGF分泌);体内实验显示Se-HEVs-AMN显著增加AGA小鼠的毛密度、毛囊直径,促进毛囊进入生长期,并降低皮肤ROS水平、增加CD31阳性血管、调节炎症标志物。
研究意义
该研究提出了一种同时靶向三条病理途径的新型生物复合微针系统,有效促进毛囊再生和毛发生长,显示出在AGA临床治疗中的巨大潜力。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

制备并表征Se-HEVs纳米颗粒

合成具有酶模拟活性的超小硒纳米颗粒(SeNP),并将其负载到缺氧预处理的牙髓干细胞(DPSCs)来源的细胞外囊泡(HEVs)中,形成Se-HEVs复合物。

通过一锅法合成SeNP,并进行动态光散射(DLS)和透射电镜(TEM)表征。从人第三磨牙提取DPSCs,在缺氧条件(1% O2)下培养72小时,收集HEVs和Se-HEVs。通过TEM观察形态,并通过Western blot检测EV标志物(TSG101、CD9、Calnexin)。使用ICP-MS测定硒含量,计算负载效率。

2

体外ROS清除和细胞保护实验

评估Se-HEVs清除ROS、保护细胞免受氧化应激诱导的凋亡的能力。

使用TMB和ABTS实验验证SeNP的抗氧化活性。在HHDPCs中,用DHT(5 ng/mL)诱导氧化应激,通过CCK-8检测细胞活力,用DCFH-DA探针检测细胞内ROS水平,通过Western blot检测凋亡相关蛋白(Bax、Bcl2、cleaved-caspase-3/9)。

3

体外血管生成实验

评估Se-HEVs促进血管生成的能力。

通过管形成实验和划痕实验检测HUVECs的成管能力和迁移能力。通过ELISA检测VEGFα分泌,Western blot检测HIF1α和VEGFα表达。

4

体外抗炎实验

评估黄芪多糖(APS)的抗炎活性。

用LPS(1 μg/mL)诱导RAW264.7巨噬细胞M1极化,并用APS(0, 20, 50 μg/mL)处理。通过流式细胞术检测M1/M2标志物(CD86、CD206),ELISA检测TNFα和IL-10分泌,免疫荧光和Western blot检测iNOS和Arg1表达。

5

制备和表征微针贴片

制备含有Se-HEVs的黄芪多糖微针(Se-HEVs-AMN),并评估其形态、机械强度、溶解性能和皮肤插入能力。

使用金字塔形模具制备微针。将Se-HEVs掺入APS-HA溶液中,固化形成微针。通过光学显微镜和SEM观察形态,通过荧光显微镜观察EV分布,通过万能试验机测试机械强度,通过插入小鼠皮肤和PBS溶解实验评估性能。

6

体内AGA小鼠模型治疗实验

评估Se-HEVs-AMN对AGA小鼠毛发生长的促进作用。

建立AGA小鼠模型(每日涂抹0.2%睾酮溶液),分为6组:AGA、Blank-AMN、SeNP-AMN、HEVs-AMN、Se-HEVs-AMN、Minoxidil。在第1、4、7、10天应用微针贴片,每日涂抹5%米诺地尔作为阳性对照。观察14天,测量毛密度、毛囊分期、毛囊球直径、毛干直径(通过H&E和SEM)。通过免疫组化(CK19)和免疫荧光(Ki67、SOX9、DHE、CD31、CD86/CD206)评估毛囊再生和微环境改善情况。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
硒代胱氨酸Macklin--
盐酸多巴胺Aladdin--
2',7'-二氯荧光素二乙酸酯Beyotime Biotechnology--
二氢乙啶Beyotime Biotechnology--
细胞计数试剂盒-8Beyotime Biotechnology--
BCA蛋白定量试剂盒Beyotime Biotechnology--
茜素红SBeyotime Biotechnology--
油红OBeyotime Biotechnology--
甲苯胺蓝Beyotime Biotechnology--
小鼠TNF-α ELISA试剂盒Elabscience--
小鼠IL-10 ELISA试剂盒Elabscience--
人VEGF-a ELISA试剂盒Elabscience--
RIPA裂解液MedChemExpress--
蛋白酶抑制剂混合物MedChemExpress--
基质胶Corning--
Transwell小室(8.0 μm孔径,24孔)Corning--
罗丹明BSolarbio Science & Technology--
异硫氰酸荧光素Solarbio Science & Technology--
PKH67绿色细胞膜染色试剂盒Solarbio Science & Technology--
睾酮Solarbio Science & Technology--
米诺地尔Solarbio Science & Technology--
内皮细胞培养基Sigma-Aldrich--
I型胶原酶Sigma-Aldrich--
中性蛋白酶Sigma-Aldrich--
α-MEM培养基Thermo Fisher Scientific--
DMEM培养基Thermo Fisher Scientific--
胎牛血清Thermo Fisher Scientific--
磷酸盐缓冲液Thermo Fisher Scientific--
hMSC成骨分化培养基Cyagen Biosciences--
hMSC成脂分化培养基Cyagen Biosciences--
hMSC成软骨分化培养基Cyagen Biosciences--
FITC抗人CD44抗体BD Pharmingen--
FITC抗人CD73抗体BD Pharmingen--
PE-Cy7大鼠抗小鼠CD86抗体BD Pharmingen560582
Alexa Fluor 647大鼠抗小鼠CD206抗体BD Pharmingen565250
固定/透化试剂盒BD Pharmingen--
抗TSG101抗体Proteintech67381-1-Ig
抗HSP70抗体Proteintech66183-1-Ig
抗ALIX抗体Proteintech67715-1-Ig
抗CD63抗体Proteintech67605-1-Ig
抗Bcl2抗体Proteintech68103-1-Ig
抗Bax抗体Proteintech60267-1-Ig
抗裂解caspase-3抗体abcamab2302
抗裂解caspase-9抗体CST9505
抗HIF1α抗体Proteintech66730-1-Ig
抗VEGF-a抗体abcamab46154
抗iNOS抗体CST10320
抗Arg1抗体abcamab239731
抗TNFα抗体CST11948
抗IL10抗体CST12163
抗CD86抗体Proteintech13395-1-AP
抗β-actin抗体ServicebioGB15001
TNFα ELISA试剂盒RnD biosystems--
IL-10 ELISA试剂盒RnD biosystems--
聚二甲基硅氧烷微针模具Bentengshengwu--
超低分子量透明质酸(Mw < 5 kDa)Aladdin--
亚甲基蓝----
动态光散射仪(Zetasizer Nano ZS90)Malvern--
自动EV提取系统Huixin Lifetech--
纳米颗粒追踪分析仪(ZetaView)Particle Metrix--
透射电子显微镜(JEM-2100)JEOL--
电感耦合等离子体质谱仪(NexION 300X)PerkinElmer--
酶标仪(EnSight)PerkinElmer--
荧光显微镜(BX53)OLYMPUS--
倒置荧光显微镜(IX71)OLYMPUS--
流式细胞仪(CytoFlex)Beckman Coulter--
凝胶成像系统(ChemiDoc)BIO-RAD--
显微镜成像装置(SZ51)OLYMPUS--
场发射扫描电子显微镜(Clara)Tescan--
小动物活体成像系统----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
SeNP合成
合成条件:硒代胱氨酸50 mg,多巴胺盐酸盐5 mg,pH9,50°C搅拌过夜;产物离心条件(12,000 rpm,5分钟)
阅读提示:详见Materials and methods: Synthesis of SeNP
细胞培养
DPSCs来源(人第三磨牙,15-25岁),培养条件(α-MEM含10% FBS,37°C,5% CO2),传代范围(P3-P5)
阅读提示:详见Materials and methods: Extraction and Identification of MSCs
EV提取
缺氧条件(1% O2,37°C,3天),EV-depleted FBS制备,超速离心条件(200,000×g,2小时)
阅读提示:详见Materials and methods: Isolation and quantification of HEVS and Se-HEVs
体外ROS实验
DHT浓度5 ng/mL诱导氧化应激,SeNP和Se-HEVs浓度(Se 5 μg/mL,HEVs/Se-HEVs 100 μg/mL),DCFH-DA浓度10 μM
阅读提示:详见Materials and methods: DCFH-DA staining
体外血管生成实验
HUVECs管形成实验(Se-HEVs浓度0-200 μg/mL,ECM中培养6小时),划痕实验(观察0-24小时),ELISA检测VEGFα
阅读提示:详见Materials and methods: Tube formation assay, Scratch assay, ELISA
体外抗炎实验
LPS浓度1 μg/mL,APS浓度0、20、50 μg/mL,处理24小时
阅读提示:详见Materials and methods: Flow cytometry, Western blotting, ELISA
微针制备
微针尺寸(15×15,针长800 μm,基底360 μm),HA浓度1 μg/mL,PVP-K90浓度20%,APS浓度150 mg/mL,SeNP-AMN、HEVs-AMN、Se-HEVs-AMN分别含有SeNP 5 mg/mL、HEVs 1 mg/mL、Se-HEVs 1 mg/mL
阅读提示:详见Materials and methods: Fabrication and characterization of MNs
机械测试与插入
加载速率0.3 mm/min,位移800 μm;插入深度394 μm(组织学测量)
阅读提示:详见Materials and methods: Mechanical property and degradation performance of the MNs, Supplementary Fig. S6
AGA动物模型
动物:36只雄性KM小鼠,7周龄;AGA模型:0.2%睾酮溶液每日涂抹14天;分组:AGA、Blank-AMN、SeNP-AMN、HEVs-AMN、Se-HEVs-AMN、Minoxidil;微针应用时间:第1、4、7、10天;米诺地尔浓度5%
阅读提示:详见Materials and methods: Animals and ethics statement, Surgical procedure and treatment
组织学分析
样本采集时间:第14天;H&E染色、免疫组化(CK19)、免疫荧光(Ki67、SOX9、CD31、DHE、CD86/CD206)
阅读提示:详见Materials and methods: H&E staining, Immunohistochemical staining, Immunofluorescence staining, DHE staining