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A Nano-In-Micro System for Enhanced Stem Cell Therapy of Ischemic Diseases
ACS Central Science ( IF 18.2 ) Pub Date : 2017-07-19 00:00:00 , DOI: 10.1021/acscentsci.7b00213 Hai Wang 1, 2 , Pranay Agarwal 1, 2 , Yichao Xiao 1, 2 , Hao Peng 1, 2 , Shuting Zhao 1, 2 , Xuanyou Liu 1, 2 , Shenghua Zhou 1, 2 , Jianrong Li 1, 2 , Zhenguo Liu 1, 2 , Xiaoming He 1, 2
ACS Central Science ( IF 18.2 ) Pub Date : 2017-07-19 00:00:00 , DOI: 10.1021/acscentsci.7b00213 Hai Wang 1, 2 , Pranay Agarwal 1, 2 , Yichao Xiao 1, 2 , Hao Peng 1, 2 , Shuting Zhao 1, 2 , Xuanyou Liu 1, 2 , Shenghua Zhou 1, 2 , Jianrong Li 1, 2 , Zhenguo Liu 1, 2 , Xiaoming He 1, 2
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Stem cell therapy holds great potential for treating ischemic diseases. However, contemporary methods for local stem cell delivery suffer from poor cell survival/retention after injection. We developed a unique multiscale delivery system by encapsulating therapeutic agent-laden nanoparticles in alginate hydrogel microcapsules and further coentrapping the nano-in-micro capsules with stem cells in collagen hydrogel. The multiscale system exhibits significantly higher mechanical strength and stability than pure collagen hydrogel. Moreover, unlike nanoparticles, the nano-in-micro capsules do not move with surrounding body fluid and are not taken up by the cells. This allows a sustained and localized release of extracellular epidermal growth factor (EGF), a substance that could significantly enhance the proliferation of mesenchymal stem cells while maintaining their multilineage differentiation potential via binding with its receptors on the stem cell surface. As a result, the multiscale system significantly improves the stem cell survival at 8 days after implantation to ∼70% from ∼4–7% for the conventional system with nanoparticle-encapsulated EGF or free EGF in collagen hydrogel. After injecting into the ischemic limbs of mice, stem cells in the multiscale system facilitate tissue regeneration to effectively restore ∼100% blood perfusion in 4 weeks without evident side effects.
中文翻译:
纳米微系统增强缺血性疾病的干细胞治疗。
干细胞疗法具有治疗缺血性疾病的巨大潜力。然而,当代用于局部干细胞递送的方法在注射后遭受较差的细胞存活/保留。我们通过将载有治疗剂的纳米颗粒封装在藻酸盐水凝胶微胶囊中,并进一步将纳米微胶囊与胶原蛋白水凝胶中的干细胞共包埋,从而开发了独特的多尺度递送系统。与纯胶原水凝胶相比,该多尺度系统显示出显着更高的机械强度和稳定性。此外,与纳米颗粒不同,纳米微胶囊不随周围体液移动,也不被细胞吸收。这样可以持续和局部释放细胞外表皮生长因子(EGF),通过与干细胞表面的受体结合,可显着增强间充质干细胞增殖,同时保持其多系分化潜能的物质。结果,对于在胶原蛋白水凝胶中用纳米颗粒包裹的EGF或游离EGF的常规系统,多尺度系统可显着提高植入后8天的干细胞存活率,从传统系统的约4–7%提高至约70%。注射到小鼠的缺血肢体后,多尺度系统中的干细胞可促进组织再生,从而在4周内有效恢复约100%的血液灌注,而没有明显的副作用。对于使用胶原蛋白水凝胶中的纳米颗粒包裹的EGF或游离EGF的常规系统,多尺度系统可显着提高植入后8天的干细胞存活率,从传统系统的约4–7%提高至约70%。注射到小鼠的缺血肢体后,多尺度系统中的干细胞可促进组织再生,从而在4周内有效恢复约100%的血液灌注,而没有明显的副作用。对于使用胶原蛋白水凝胶中纳米颗粒包裹的EGF或游离EGF的常规系统,多尺度系统可显着提高植入后第8天的干细胞存活率,从传统系统的约4–7%提高至约70%。注射到小鼠的缺血肢体后,多尺度系统中的干细胞可促进组织再生,从而在4周内有效恢复约100%的血液灌注,而没有明显的副作用。
更新日期:2017-08-23
中文翻译:
纳米微系统增强缺血性疾病的干细胞治疗。
干细胞疗法具有治疗缺血性疾病的巨大潜力。然而,当代用于局部干细胞递送的方法在注射后遭受较差的细胞存活/保留。我们通过将载有治疗剂的纳米颗粒封装在藻酸盐水凝胶微胶囊中,并进一步将纳米微胶囊与胶原蛋白水凝胶中的干细胞共包埋,从而开发了独特的多尺度递送系统。与纯胶原水凝胶相比,该多尺度系统显示出显着更高的机械强度和稳定性。此外,与纳米颗粒不同,纳米微胶囊不随周围体液移动,也不被细胞吸收。这样可以持续和局部释放细胞外表皮生长因子(EGF),通过与干细胞表面的受体结合,可显着增强间充质干细胞增殖,同时保持其多系分化潜能的物质。结果,对于在胶原蛋白水凝胶中用纳米颗粒包裹的EGF或游离EGF的常规系统,多尺度系统可显着提高植入后8天的干细胞存活率,从传统系统的约4–7%提高至约70%。注射到小鼠的缺血肢体后,多尺度系统中的干细胞可促进组织再生,从而在4周内有效恢复约100%的血液灌注,而没有明显的副作用。对于使用胶原蛋白水凝胶中的纳米颗粒包裹的EGF或游离EGF的常规系统,多尺度系统可显着提高植入后8天的干细胞存活率,从传统系统的约4–7%提高至约70%。注射到小鼠的缺血肢体后,多尺度系统中的干细胞可促进组织再生,从而在4周内有效恢复约100%的血液灌注,而没有明显的副作用。对于使用胶原蛋白水凝胶中纳米颗粒包裹的EGF或游离EGF的常规系统,多尺度系统可显着提高植入后第8天的干细胞存活率,从传统系统的约4–7%提高至约70%。注射到小鼠的缺血肢体后,多尺度系统中的干细胞可促进组织再生,从而在4周内有效恢复约100%的血液灌注,而没有明显的副作用。