载药外泌体诱导生成多能干细胞用于治疗AD的研究

Stem cell regeneration technology has become an emerging strategy for the treatment of Alzheimer’s disease (AD). However, the blood brain barrier (BBB) restricts the application of the small molecules that induce stem cell generation in AD treatment. The present project will load four small molecule compounds into trans-BBB exosomes to solve the problem mentioned above. Furthermore, we will design and synthesize a new amphipathic peptide to embed into the surface of the exosomes, thereby slowing the drug release rate and improving the stability of the drug-loaded exosomes. The project aims to investigate the exosomes’ drug delivery strategy, the design of the functional peptide and the mechanism of action involved. We will also elucidate the exosomes’ trans-BBB mechanism and evaluate its potency, so as to provide a useful reference for AD treatment.

干细胞再生技术为AD的治疗提供新的方向，而血脑屏障的存在是具有诱导干细胞生成化合物入脑的主要障碍。本研究创新性地将四种化合物装载于具有跨BBB能力的外泌体中，针对外泌体的稳定性问题，原创性地设计、合成和筛选能够嵌入外泌体表层具有交联作用的功能性两亲性寡肽，旨在增加载药后外泌体的稳定性，控制药物的释放速率。深入探讨外泌体复合载药策略、功能性寡肽的设计和作用机制，探究外泌体的体内运转行为及跨BBB机制，初步评价其药效，为AD治疗提供有益的借鉴。

本项目开发了一种基于BV2细胞来源的外泌体跨血脑屏障（BBB）药物递送系统，结合全新的功能性寡肽（VCWCCKKKK）的外泌体膜“封锁”作用，将具有诱导生成多能干细胞功能的四种小分子化合物同时递送至脑部，达到治疗阿尔兹海默症（AD）的目的。此外，基于外泌体优良跨越BBB的能力以及所设计寡肽对还原性环境的响应性，本项目还将此外泌体递药系统拓展应用于其他脑部疾病的治疗。主要研究内容包括：（1）跨BBB外泌体药物递送系统的构建以及跨BBB机制研究：我们通过构建体外BBB模型以及体内活体成像实验，筛选了多种细胞来源的外泌体，选择跨越血脑屏障能力最优的小胶质细胞（BV2）来源的外泌体进行后续研究。（2）设计合成具有防止药物提前泄露功能的寡肽：本次研究设计了一种功能性寡肽嵌入载药外泌体膜，寡肽疏水端之间通过半胱氨酸以二硫键相互交联，“封锁”外泌体内部的药物，防止小分子化合物过早地顺浓度梯度扩散，提前从外泌体中释放，保证大部分药物可以顺利到达靶器官，发挥治疗作用。（3）载药外泌体制剂的制备以及体内转运行为研究：成功构建上述寡肽修饰的外泌体药物递释系统后，我们以包封率和外泌体形貌为指标，筛选了小分子化合物的负载方法，选择采用共孵育法制备负载小分子的寡肽修饰外泌体递药系统（Pep-EXO），并通过体内转运实验确认了外泌体制剂具有良好的脑部靶向能力。（4）载药外泌体递释系统用于脑部疾病的初步药效学研究。我们利用上述寡肽修饰的外泌体递药系统，将具有诱导生成干细胞功能的四个小分子化合物递送至脑部，改善了AD模型小鼠的学习记忆能力。同时，我们还将此递药系统用于化疗药物阿霉素的递送，治疗原位脑胶质瘤模型小鼠，并取得了较好的抗肿瘤效果，进一步拓展了此类外泌体制剂在其他颅内疾病中的应用。