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外泌体在皮肤疾病及医美应用新进展:脱发治疗及毛发再生
2023-05-08 17:18  


脱发及其原因

头发不仅具备保护和感知功能,在日常社交活动中也扮演着重要角色。然而,现代人面临各种压力、不良的饮食习惯以及错误的头发护理等原因,导致越来越多的人遭受脱发之苦。根据国家卫生健康委发布的数据,我国已有超过2.5亿人受到脱发问题的困扰,平均每6人中就有1人面临脱发。尽管脱发不会直接危及生命,但它会给患者带来相当大的心理压力,严重影响生活质量。常见的脱发类型包括斑秃(AA)、雄激素源性脱发(AGA)、瘢痕性脱发和弥漫性脱发等。鉴于脱发的广泛性和严重性,研发针对性治疗方法成为了当务之急。

(脱发是现代人生活中的常见问题,给许多人带来困扰。图片来源于百度)

现有治疗药物及技术

目前,脱发治疗主要包括药物治疗和手术治疗两大类。药物治疗方面,美国食品药品监督管理局(FDA)批准的雄激素性脱发治疗药物主要包括口服的非那雄胺和外用的米诺地尔。手术治疗则主要是毛发移植手术,按照手术方法可分为毛囊单位移植术(Follicle Unit Transplant,FUT)和毛囊单位提取移植术(Follicular Unit Extraction,FUE)。这些手术的基本原理是将后枕部的优质毛囊移植到脱发区域。

然而,传统的脱发治疗手段存在一定的局限性。例如,药物治疗在某些情况下效果不理想,而且米诺地尔可能会引起瘙痒和红斑等副作用,非那雄胺则可能导致勃起困难和阳痿等问题。手术治疗方面,由于毛囊来源的限制,对于终末期脱发患者治疗效果往往不佳。因此,亟需研发新的治疗方案以改善毛囊再生领域的现状。

 

(毛发移植手术示意图,图片来源于百度)

外泌体作为一种细胞外囊泡(Extracellular Vesicles,EV),富含多种具有治疗潜力的活性物质。在伤口愈合、氧化应激、毛发再生、移植物抗宿主病、特异性皮炎、牛皮癣和黑色素瘤等皮肤病治疗领域均显示出潜在效果,且多项研究已进入临床试验阶段。近年来,干细胞外泌体因其在修复受损毛囊和促进毛囊再生方面的作用而受到日益关注。下面我们将分享一些关于该领域的研究进展。

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(干细胞外泌体在伤口愈合、氧化应激、毛发再生、移植物抗宿主病、特异性皮炎、牛皮癣和黑色素瘤等皮肤疾病中的作用。) [1]

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间充质干细胞外泌体(MSC-EV)可通过促进真皮乳头间叶细胞(DPC)增殖和调节细胞周期促进毛发再生

早在2017年,Rajendran等人的研究已经证明了MSC-EV能够激活DPC并促进毛发生长。MSC-EV中携带很多生长因子和Wnt激活剂,随后通过Wnt信号传导并促进靶细胞中的细胞增殖。因此,MSC外泌体也是毛发再生有潜力的治疗选择。



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该研究结果显示,在体外实验中,MSC-EV能够显著提高DPC的增殖和迁移能力,同时促使DPC分泌更多的VEGF和IGF-1。在体内实验中,通过皮内注射MSC-EV可以促进毛囊从休止期向生长期转变,并增加Wnt3a、Wnt5a和Versican的表达。这一研究首次证实了MSC-EV在体外具有激活DPC、诱导生长因子的产生以及促进体内毛发生长的潜力。这项研究于2017年发表在《Scientific Reports》(Nature出版集团旗下期刊)上[2]


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含有miR-218-5p的真皮细胞外泌体通过调节β-catenin信号促进毛发再生

2020年,美国北卡罗来纳州立大学分子生物医学科学系与比较医学研究所的Shiqi Hu等人在《Science Advances》(著名科学杂志《Science》的子刊,影响因子14.957)上发表了一篇名为“Dermal exosomes containing miR-218-5p promote hair regeneration by regulating β-catenin signaling”的研究成果。


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该研究表明,与2D培养的真皮细胞相比,成球培养的真皮细胞能更有效地促进毛囊从休止期向生长期转变。进一步的研究发现,成球培养的真皮细胞外泌体中高表达miR-218-5p,并通过调节β-catenin信号促进毛发再生,从而实现毛发从休止期向生长期的转变。这项研究为成球培养的真皮细胞外泌体作为脱发治疗药物提供了理论依据[3]


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来自神经祖细胞的纳米囊泡通过miR-100促进毛囊生长

近年2021年1月,南京医科大学附属无锡市第二人民医院皮肤科的曹蕾等人在《Journal of Nanobiotechnology》(影响因子为9.429)上发表了一篇题为“Neural progenitor cell-derived nanovesicles promote hair follicle growth via miR-100”的研究成果。该研究发现,来源于神经祖细胞的纳米囊泡可以通过miR-100促进毛囊的生长。这一研究为开发新的脱发治疗提供了理论基础和实验依据。

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该研究表明,在体外实验中,神经祖细胞衍生的纳米囊泡可促进DPC增殖;而体内实验研究结果表明皮下注射神经祖细胞衍生的纳米囊泡可加速该部位的毛囊周期的转变。进一步研究发现神经祖细胞衍生的纳米囊泡高表达miR-100,其可能是通过激活了Wnt/ β-catenin信号通路从而加速毛囊周期的转变。该研究成果为EV成为治疗毛发生长的替代药物提供策略[4]


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乳源性外泌体通过激活Wnt/ β-catenin通路,诱导DPC增殖并加速毛发再生

最近2022年3月,韩国科学技术研究院生物医学研究部科学家Hyosuk Kim等在《Front. Cell Dev. Biol.》(影响因子6.081)发表一篇题为“Potential of Colostrum-Derived Exosomes for Promoting Hair Regeneration Through the Transition From Telogen to Anagen Phase”的研究成果[5]

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这项研究的发现表明,初乳来源的外泌体可以通过激活 Wnt/β-catenin 通路促进毛囊再生,与使用米诺地尔相比,初乳外泌体的生物相容性更高,副作用较少,并且经过冷冻干燥后具有更高的稳定性,这为其作为一种治疗脱发的药物提供了优势。当毛囊死亡、消失或无法修复时,初乳外泌体有可能起到保护和增强毛囊的作用,从而使其恢复生长能力。因此,这项研究揭示了初乳来源的外泌体作为治疗脱发的一种安全且具有生物安全性的潜在选择[5]


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微针负载壳聚糖乳酸盐(CL)和脂肪干细胞外泌体协同促进毛囊周期转变并促进毛发再生

更新的是,2022年9月,中国海洋大学海洋生命学院孔明教授团队在《Advanced Healthcare Materials》(影响因子11.092)杂志上发表了题为“A Drug-Free, Hair Follicle Cycling Regulatable, Separable, Antibacterial Microneedle Patch for Hair Regeneration Therapy”的论文。

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这项研究采用两步注模法制备了一种可分离的微针贴片,由聚乙烯醇(PVA)针尖和透明质酸(HA)基底构成,并负载CL和脂肪干细胞来源的外泌体,作为非药物依赖的毛发生长激活剂。研究表明,当微针贴片刺入皮肤后,HA基底可以迅速溶解并吸收液体,而溶胀性PVA针尖则可以留在皮肤内,持续释放外泌体,并被毛囊干细胞吞噬,从而通过激活Wnt信号通路促进细胞增殖,同时释放的L-乳酸可以通过激活乳酸脱氢酶促进细胞生长。

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(非药物微针贴片作用原理)

且在后续实验中使用该微针与局部注射米诺地尔相比,其治疗后激活的毛囊数量是后者的1.5倍,增殖细胞数量是后者的2.5倍。此外,CL固有的抗菌特性使其可避免潜在的细菌感染。这种非药物微针贴片为脱发治疗提供了一种简单、安全、高效的策略,在临床应用中显示出巨大的潜力[6]


总结:

随着对外泌体研究的不断深入,越来越多的证据表明外泌体在治疗脱发中具有重要的作用。外泌体中富含多种生物活性分子,如生长因子、细胞因子、核酸等,这些分子可以促进毛囊细胞增殖、分化和存活,并调节毛囊周期。此外,外泌体治疗具有非药物依赖性、生物相容性高、副作用小等优点,因此未来外泌体治疗很有可能成为治疗脱发的一种新型且有效的治疗方法,为解决脱发问题提供更多可能性。


参考文献:

[1] M.I. Quinones-Vico, R. Sanabria-de la Torre, M. Sanchez-Diaz, A. Sierra-Sanchez, T. Montero-Vilchez, A. Fernandez-Gonzalez, S. Arias-Santiago, The Role of Exosomes Derived From Mesenchymal Stromal Cells in Dermatology, Front Cell Dev Biol 9 (2021) 647012.

[2] R.L. Rajendran, P. Gangadaran, S.S. Bak, J.M. Oh, S. Kalimuthu, H.W. Lee, S.H. Baek, L. Zhu, Y.K. Sung, S.Y. Jeong, S.W. Lee, J. Lee, B.C. Ahn, Extracellular vesicles derived from MSCs activates dermal papilla cell in vitro and promotes hair follicle conversion from telogen to anagen in mice, Sci Rep 7(1) (2017) 15560.

[3] S. Hu, Z. Li, H. Lutz, K. Huang, T. Su, J. Cores, P.C. Dinh, K. Cheng, Dermal exosomes containing miR-218-5p promote hair regeneration by regulating beta-catenin signaling, Sci Adv 6(30) (2020) eaba1685.

[4] L. Cao, T. Tian, Y. Huang, S. Tao, X. Zhu, M. Yang, J. Gu, G. Feng, Y. Ma, R. Xia, W. Xu, L. Wang, Neural progenitor cell-derived nanovesicles promote hair follicle growth via miR-100, J Nanobiotechnology 19(1) (2021) 20.

[5] H. Kim, Y. Jang, E.H. Kim, H. Jang, H. Cho, G. Han, H.K. Song, S.H. Kim, Y. Yang, Potential of Colostrum-Derived Exosomes for Promoting Hair Regeneration Through the Transition From Telogen to Anagen Phase, Front Cell Dev Biol 10 (2022) 815205.

[6] Y. Shi, J. Zhao, H. Li, M. Yu, W. Zhang, D. Qin, K. Qiu, X. Chen, M. Kong, A Drug-Free, Hair Follicle Cycling Regulatable, Separable, Antibacterial Microneedle Patch for Hair Regeneration Therapy, Adv Healthc Mater 11(19) (2022) e2200908.


作者简介:陈海燕博士,湖南师范大学硕士生导师,深圳市海外高层次人才。2019年博士毕业于清华大学,期间曾在美国加州大学伯克利分校交流学习。毕业后在清华大学-机械工程学科从事博士后工作,2021年10月加入动物多肽药物创制国家地方联合工程实验室。从博士开始,一直从事毛发再生等前沿再生领域研究,在前期工作中(毛囊再生领域)解析了毛囊的再生机制;阐述了皮肤干细胞与肿瘤的关系;探索了促进毛囊再生的因子;建立了原位生物打印含毛囊的人工皮肤系统,首次实现了毛囊再生的机械工程化。相关研究成果发表在“Nature communications”、“Acta Pharmaceutica Sinica B”、“Theranostics”、“Bioengineering & Translational Medicine”、“Biomaterials advances”等杂志上,同时该领域的相关研究成果也获得广东省自然科学奖二等奖。



转自:华清智美资讯


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