FGF18 encoding circular mRNA-LNP based on glycerolipid engineering of mesenchymal stem cells for efficient amelioration of osteoarthritis

间充质干细胞 骨关节炎 信使核糖核酸 干细胞 细胞生物学 化学 生物 基因 医学 生物化学 病理 替代医学
作者
Ke Huang,Xiaoyun Liu,Haitang Qin,Yingwen Li,Jiafeng Zhu,Bo Yin,Qijun Zheng,Chijian Zuo,Hui Cao,Zhenbo Tong,Zhenhua Sun
出处
期刊:Biomaterials Science [Royal Society of Chemistry]
卷期号:12 (17): 4427-4439 被引量:16
标识
DOI:10.1039/d4bm00668b
摘要

Mesenchymal stem cells (MSCs) exhibit substantial potential for osteoarthritis (OA) therapy through cartilage regeneration, yet the realization of optimal therapeutic outcomes is hampered by their limited intrinsic reparative capacities. Herein, MSCs are engineered with circular mRNA (cmRNA) encoding fibroblast growth factor 18 (FGF18) encapsulated within lipid nanoparticles (LNP) derived from a glycerolipid to facilitate OA healing. A proprietary biodegradable and ionizable glycerolipid, TG6A, with branched tails and five ester bonds, forms LNP exhibiting above 9-fold and 41-fold higher EGFP protein expression in MSCs than commercial LNP from DLin-MC3-DMA and ALC-0315, respectively. The introduction of FGF18 not only augmented the proliferative capacity of MSCs but also upregulated the expression of chondrogenic genes and glycosaminoglycan (GAG) content. Additionally, FGF18 enhanced the production of proteoglycans and type II collagen in chondrocyte pellet cultures in a three-dimensional culture. In an OA rat model, transplantation with FGF18-engineered MSCs remarkably preserved cartilage integrity and facilitated functional repair of cartilage lesions, as evidenced by thicker cartilage layers, reduced histopathological scores, maintenance of zone structure, and incremental type II collagen and extracellular matrix (ECM) deposition. Taken together, our findings suggest that TG6A-based LNP loading with cmRNA for engineering MSCs present an innovative strategy to overcome the current limitations in OA treatment.
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