探索角膜上皮损伤愈合的前沿进展

  • 2024-05-10 18:27:00
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编者按:角膜结构复杂且精细,由上皮细胞层、前弹力层、基质层、后弹力层、内皮细胞层构成。其中,角膜上皮作为最外层的屏障,不仅抵御着外界环境中的各种物理、化学及病理因素的侵袭,还承担着维护角膜透明度和保障视力的关键职责。各种物理、化学、病理因素均可导致角膜上皮的损伤,小范围的角膜上皮损伤往往能在24小时内自然愈合,且不会留下瘢痕。然而,若损伤进一步加剧或得不到及时治疗,则可能引发溃疡、穿孔、眼内炎等严重并发症,甚至威胁到视力安全,导致失明。角膜上皮损伤的愈合过程是一个复杂的生物学过程,涉及细胞迁移、增殖、粘附和细胞层分层的分化等多个协同事件。ARVO 2024会议上,众多关于角膜上皮损伤与修复的最新研究成果和进展被展示,期待通过这些研究,能够更深入地理解角膜上皮损伤与修复的机制,为角膜损伤的临床治疗提供新的思路和策略。


自体脂肪干细胞(CM-ADSCs)培养基促进角膜上皮损伤愈合的分子机制研究

旨在深入探究CM-ADSCs培养基与富血小板血浆(PRP)相比,在促进角膜上皮损伤愈合过程中的分子机制的差异。

研究方法:采用体外人角膜上皮损伤愈合试验,对比分析了CM-ADSCs、PRP和磷酸盐缓冲液(PBS)的愈合效果。体外人角膜上皮损伤的宽度设定为70μm,每个孔(96孔板)均含有人角膜上皮细胞(HCEC)。损伤愈合后,培养基被替换为PBS、PRP和CM-ADSCs,并用HCEC基础培养基进行稀释。每3小时拍摄损伤图像,利用ImageJ软件精确计算损伤面积。在损伤愈合后的12小时,对所收集的HCEC进行RNA测序分析。

研究结果:与PBS组和PRP组相比,CM-ADSCs组在促进损伤愈合方面表现出显著优势(N=6,P<0.001,P=0.020)。具体而言,CM-ADSCs组(21.0±3.3小时)的损伤愈合时间明显快于PBS组(55.0±3.1小时,P<0.001)和PRP组(26.5±3.5小时,P<0.001)。差异表达基因分析进一步揭示,与PRP组相比,CM-ADSCs组中上调表达的基因有1503个,下调表达的基因有1417个。基因本体论富集分析显示,CM-ADSCs组中DNA代谢过程和细胞周期过程的正调控生物过程与PRP组相比显著富集。

研究结论:CM-ADSCs可能通过增强细胞增殖和DNA代谢过程,有效促进HCECs的损伤愈合。

作者:MAKO OKAMOTO、Yuichi Okumura、Takenori Inomata、Maria Miura、Keiichi Fujimoto1、 Kunihiko Hirosawa、Ken Nagino、Yuki Moroka、Fumihiro Hara、Shintaro Nakao、

标题:Cultured media from adipose derived stem cells promote corneal epithelial wound healing via increased cell proliferation and DNA metabolic process


局部浆细胞样树突状细胞(pDCs)促进小鼠角膜上皮损伤愈合的研究

旨在明确局部角膜pDCs在分泌神经营养素方面的能力,并评估这些神经营养素在组织修复过程中的核心作用。

研究方法:采用精确控制的方法,通过在C57BL/6(B6)小鼠角膜中心去除2mm上皮来制造标准化的角膜创面。利用流式细胞术,在损伤后16小时评估了角膜pDCs频率(定义为CD45+CD11bnegF4/80negB220+PDCA-1+siglece-h+细胞)以及神经营养因子在这些细胞中的表达情况。为了进一步研究pDCs的作用,通过单次结膜下注射30ng白喉毒素(DT)使pDC-DTR小鼠的pDCs局部消失。作为对照,B6小鼠也接受了DT处理。同时,pDC-DTR小鼠接受了载药处理,而B6小鼠则注射了Toll样受体(TLR)-7(R-848)或TLR9(CpG-ODN-1862)激动剂20μg以激活pDCs。非CpG-ODN治疗被用作另一对照组。通过裂隙灯下的荧光素染色,观察角膜上皮缺损的情况,并计算缺损面积占总面积的百分比。

研究结果:受伤B6小鼠角膜中的pDCs频率增加(547.2±101.9[平均值±标准误],pDCs/角膜占总CD45+白细胞的30.2±2.3%),而未受伤小鼠的pDCs频率为73.8±5.7,占13.5±0.9%(n=5/组;P<0.01)。在受伤小鼠中,表达神经营养因子的pDCs频率(表达NGF的pDCs,48.2±0.7% vs. 31.8±3.0%;BDNF,97.6±0.3% vs. 90.1±1.3%;NT4,93.0±0.7% vs. 78.7±2.1%;GDNF,88.7±1.4% vs. 62.1±2.2%;所有P<0.01)以及pDCs中神经营养因子的表达水平(相对于未受伤小鼠的中等荧光指数倍数:NGF,3.1±0.09;BDNF,1.8±0.08;NT4/5,1.4±0.04;GDNF,2.1±0.08;所有P<0.01)均增加。此外,pDCs缺失导致角膜上皮损伤愈合延迟,表现为pDCs缺失小鼠的角膜缺损面积(48.3±11.8%)大于对照组(分别为18.9±3.4%和18.1±7.5%)(n=4/组;P<0.05)。相反,活化的pDCs加速了损伤愈合,在R-848(39.3±8.8%;P<0.01)或CpG-ODN-1862(35.0±4.5%,P<0.01)处理的小鼠中角膜上皮损伤面积较小,而非CpG-ODN处理的小鼠角膜上皮损伤面积为70.9±2.2%(n=4/组;P<0.01)。

研究结论:局部pDCs在促进小鼠急性损伤后的角膜上皮创面愈合中发挥着关键作用。

作者:Fangfang Qiu、Brendan Kenyon、Deshea L. Harris、Pedram Hamrah

讲题:Local Plasmacytoid Dendritic Cells Promote Corneal Epithelial Wound Healing


靶向纳米偶联物与DNA去甲基化剂联合应用于糖尿病(DM)角膜上皮损伤愈合的表观遗传治疗研究

DM患者的角膜上皮经常表现出愈合障碍等改变,这可能与角膜缘上皮干细胞(LESC)的功能障碍有关。为了探究DM角膜上皮愈合机制,曾采用基因治疗和DNA去甲基化手段来调节DM相关蛋白的表达,如组织蛋白酶F(在DM中表达增加)、c-Met(在DM中表达减少)和Wnt-5a(在DM中表达减少),以期刺激DM角膜上皮损伤愈合并促进LESC标志物的表达。本研究旨在探讨靶向组织蛋白酶F和c-Met的纳米生物偶联物与DNA甲基化抑制剂联合治疗的潜在效果。

研究方法:采用来自死后人类供体眼睛的DM器官培养角膜(n=6)作为实验对象。实验角膜经过预处理,使用基于含有组织蛋白酶F和miR-409(抑制c-Met)反义寡核苷酸(AON)的聚苹果酸支架的可生物降解纳米生物偶联物(NBC)或对照AON进行为期2天的处理。同时,实验角膜还接受了为期2天的20μM DNA甲基化抑制剂或DMSO对照处理。通过1-庚醇在器官培养的角膜中制造5㎜上皮损伤,并随时间监测损伤愈合情况。采用免疫染色或western blot技术检测LESC和DM标志物的表达情况。

研究结果:DNA甲基转移酶抑制剂与NBC联合处理的DM器官培养角膜能够有效抑制DNA甲基转移酶1和组织蛋白酶F的表达,同时增加Wnt-5a和c-Met的表达。这种联合处理导致角膜上皮损伤愈合时间显著减少(38.4%,P<0.02),与DMSO和NBC加AON相比具有显著差异。单独使用DNA甲基转移酶抑制剂治疗和NBC治疗分别促进了愈合率为29.4%和20.4%。此外,联合处理还增加了推定的LESC标记物、角蛋白K15和K17的表达。DM标志物整合素α3β1、氮原-1和创面愈合介质p-Akt、p-p38的染色也明显增加。值得注意的是,治疗后活化caspase-3染色无明显变化,表明该治疗方法对角膜细胞无毒性。

研究结论:DNA甲基化抑制剂与针对DM相关蛋白标记物的NBC联合治疗在DM角膜上皮损伤愈合方面具有潜在的治疗价值。

作者:Alexander V. Ljubimov、Andrei A. Kramerov、Rameshwar Patil、Cynthia Amador、Onkar Sawant、 Mehrnoosh Saghizadeh、Ruchi Shah

讲题:Combined epigenetic treatment of human organ-cultured diabetic corneas with targeted nanoconjugate and a DNA demethylating agent ameliorates epithelial wound healing and stem cell marker expression


结:ARVO 2024会议聚焦了角膜上皮损伤与修复领域的最新研究,这些研究不仅增进了我们对角膜复杂结构和功能的认识,更为角膜损伤的临床治疗指明了新的方向。通过深入探索角膜上皮损伤的愈合机制,科学家们有望开发出更为高效、安全的治疗方法,为患者带来福音。期待这些研究成果能够尽快转化为临床应用,为角膜损伤患者提供更优质的医疗服务。


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条评论

  • Linda Gareth
    2015年3月6日, 下午2:51

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