Engineering Extracellular Vesicles Restore the Impaired Cellular Uptake and Attenuate Intervertebral Disc Degeneration

间充质干细胞 小窝 胞外囊泡 内体 微泡 椎间盘 内吞作用 细胞生物学 化学 生物 细胞内 细胞 小RNA 信号转导 生物化学 解剖 基因
作者
Zhiwei Liao,Hui Liu,Liang Ma,Jie Lei,Bide Tong,Gaocai Li,Wencan Ke,Kun Wang,Xiaobo Feng,Wenbin Hua,Shuai Li,Yang Cao
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:15 (9): 14709-14724 被引量:118
标识
DOI:10.1021/acsnano.1c04514
摘要

Extracellular vesicles (EVs) are potential alternatives for mesenchymal stem cells (MSCs) in the treatment of musculoskeletal degenerative diseases, including intervertebral disc degeneration (IDD). Usually, EVs are internalized and then deliver bioactive molecules that impart phenotypic changes in recipient cells. For effective utilization of EVs in the IDD therapy, understanding the mechanism of EV uptake is of vital importance. In this study, we found that EVs delivered antioxidant proteins to protect against pyroptosis of nucleus pulposus cells (NPCs). In particular, the therapeutic effect of EVs decreased in TNF-α-treated NPCs due to the impaired caveolae-mediated endocytosis pathway. Transcriptome sequencing and functional verification revealed that caveolae associated protein 2 (Cavin-2) played an important role in the uptake process of EVs. We then constructed the Cavin-2-modified engineering EVs via the gene-editing of parental MSCs. These kinds of modified EVs presented an improved uptake rate in TNF-α-treated NPCs, which effectively ameliorated the cell death of NPCs in a three-dimensional hydrogel culture model and retarded the progression of IDD in the ex vivo organ culture model. Collectively, these findings illustrate the mechanism of EV uptake in NPCs and explore the application of engineering EVs in the treatment of IDD.
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