用于脊髓损伤修复的个体化3D打印负载外泌体-siRNA的水凝胶支架系统及其应用

本发明属于生物医药，具体涉及用于脊髓损伤修复的个体化3d打印负载外泌体-sirna的水凝胶支架系统及其应用。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、脊髓损伤(spinal cord injury,sci)是一种破坏性神经系统疾病，可导致严重的神经传导障碍，例如四肢瘫痪和截瘫。导致不可逆sci损伤的主要原因是新生神经元无法跨越横断间隙“连接”其他神经元。首先，断端脊髓缺乏对神经元桥连的机械支撑。另一方面，sci微环境中的早期炎症反应和多细胞相互作用有助于细胞外基质(ecm)分子的大量沉积和致密纤维疤痕的形成，进一步阻碍了断端神经传导的重塑。目前，sci治疗的临床策略仍主要集中在对症治疗和支持治疗上，但无法实现瘫痪患者运动功能恢复。

3、最近的研究表明，神经保护分子，干细胞和外泌体可能对sci具有一定治疗作用。然而，这些方法的可及性受到血脊屏障(bscb)紧密连接的极大限制。水凝胶支架被认为是一种有前途的药物输送系统(dds)，具有高可塑性、生物相容性和生物降解性的特点。在横断区域内植入水凝胶可以提供空间信号来调节神经细胞的重组。在断端脊髓支撑，促进新生神经元重新连接和实现控释方面发挥了重要作用。然而，目前的大多数水凝胶研究都是基于局部注射和模具铸造，无法精确匹配sci情况下非均匀几何形状的异质性。水凝胶植入物的不适用性可能导致不良后果，包括二次挤压损伤、dds脱落和水凝胶泄漏等。

4、中枢神经系统的再生能力有限，因此迫切需要有效的治疗方法来增强轴突生长。骨髓间充质干细胞(bmsc)来源的外泌体已被证明具有特异性免疫调节作用，并在神经再生中发挥重要作用。大量研究表明，工程外泌体可以促进sci治疗。外泌体的工程修饰可以通过加载小分子或核酸进行靶向药物递送来赋予其强大的治疗能力。pten(人十号染色体上缺失的磷酸酶和张力蛋白同源基因)和mtor(哺乳动物雷帕霉素靶标)是轴突再生过程中的关键负调节分子。基于此，将干扰pten的sirna封装到外泌体中，可以实现pten/mtor靶向并促进轴突再生。

技术实现思路

1、基于上述现有技术，本发明提供用于脊髓损伤修复的个体化3d打印负载外泌体-sirna的水凝胶支架系统及其应用。本发明设计了一种基于多模态成像的个体化支架，并利用生物3d打印机实现负载exo&sirna水凝胶支架打印。通过原位移植精准匹配不规则断端，桥连间隙并缓释exo&sirna作用于pten/mtor关键分子促进神经网络重塑，降低给药剂量并减少全身给药的副作用，明显改善预后，具有良好的实际应用价值。

2、具体的，本发明涉及以下技术方案：

3、本发明的第一个方面，提供一种用于脊髓损伤修复的个体化3d打印负载外泌体-sirna的水凝胶支架系统，所述水凝胶支架系统至少包括：水凝胶支架，以及负载于所述水凝胶支架上的工程化外泌体；

4、其中，所述水凝胶支架为可光固化gelma水凝胶，通过3d打印形成个体化支架原位植入脊髓损伤缺损处；

5、所述工程化外泌体由骨髓间充质干细胞(bmsc)来源的外泌体包载干扰pten基因的sirna构成。

6、本发明的第二个方面，提供上述水凝胶支架系统的制备方法，所述制备方法包括：制备水凝胶支架以及工程化外泌体；将所述工程化外泌体加入水凝胶支架后即得。

7、其中，所述制备水凝胶支架的具体方法包括：通过多模态影像损伤区域扫描结合三维成像构建个体化支架数字模型，引入光固化3d打印机，打印gelma水凝胶支架。

8、制备工程化外泌体的具体方法包括：获取bmsc来源外泌体，将干扰pten基因的sirna通过电穿孔方式导入外泌体中即得。

9、本发明的第三个方面，提供上述水凝胶支架系统制备原位治疗脊髓损伤产品中的应用。

10、具体的，所述原位治疗脊髓损伤产品具体使用时，是将上述水凝胶支架系统原位植入脊髓损伤缺损处。

11、更具体的，所述原位治疗脊髓损伤产品至少具有如下用途：

12、a)增强神经元轴突再生；

13、b)促进断端神经网络重塑；

14、c)改善脊髓损伤后运动功能恢复。

15、以上一个或多个技术方案的有益技术效果：

16、与常规静脉给药、口服给药的传统方式相比，本发明提供了用于原位治疗脊髓损伤的个体化3d打印负载外泌体-sirna的水凝胶支架系统。本发明能通过pten/mtor通路增强神经元轴突再生，促进断端神经网络重塑，显著改善脊髓损伤后运动功能恢复。其中，多模态影像扫描后个体化支架的植入减少了因无法精确匹配sci断端非均匀几何形状而导致的不良后果。原位水凝胶支架能持续、缓慢释放作用药物，减少全身系统的药物暴露总量。外泌体载药体系为易被体内降解、生物利用度低的治疗性核酸蛋白类分子提供了包载可能，并提供了特异的神经元靶向性和缓释的作用。为脊髓损伤后的药物治疗提供新方向。

技术特征：

1.一种用于脊髓损伤修复的个体化3d打印负载外泌体-sirna的水凝胶支架系统，其特征在于，所述水凝胶支架系统至少包括：水凝胶支架，以及负载于所述水凝胶支架上的工程化外泌体；

2.如权利要求1所述的水凝胶支架系统，其特征在于，所述水凝胶支架采用如下方法制得：多模态影像损伤区域扫描结合三维成像构建个体化支架数字模型，引入光固化3d打印机，打印gelma水凝胶支架。

3.如权利要求1所述的水凝胶支架系统，其特征在于，所述干扰pten基因的sirna序列如seq id no.5-10所示。

4.权利要求1-3任一项所述水凝胶支架系统的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：制备水凝胶支架以及工程化外泌体；将所述工程化外泌体加入水凝胶支架后即得。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述制备水凝胶支架的具体方法包括：通过多模态影像损伤区域扫描结合三维成像构建个体化支架数字模型，引入光固化3d打印机，打印gelma水凝胶支架。

6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，制备工程化外泌体的具体方法包括：获取bmsc来源外泌体，将干扰pten基因的sirna通过电穿孔方式导入外泌体中即得。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述干扰pten基因的sirna序列如seqid no.5-10所示。

8.权利要求1-3任一项所述水凝胶支架系统制备原位治疗脊髓损伤产品中的应用。

9.如权利要求8所述应用，其特征在于，所述原位治疗脊髓损伤产品是将上述水凝胶支架系统原位植入脊髓损伤缺损处。

10.如权利要求8或9所述应用，其特征在于，所述原位治疗脊髓损伤产品至少具有如下用途：

技术总结
本发明提供用于脊髓损伤修复的个体化3D打印负载外泌体‑siRNA的水凝胶支架系统及其应用，属于生物医药技术领域。本发明设计了一种基于多模态成像的个体化支架，并利用生物3D打印机实现负载Exo&siRNA水凝胶支架打印。通过原位移植精准匹配不规则断端，桥连间隙并缓释Exo&siRNA作用于PTEN/mTOR关键分子促进神经网络重塑，降低给药剂量并减少全身给药的副作用，明显改善预后，具有良好的实际应用价值。

技术研发人员：辛涛,商泽瀚,刘子豪,韩敏,夏会堂,樊皓,李玉明,周子健,王秉诚,王志海,殷宪勇,崔友强
受保护的技术使用者：山东第一医科大学第一附属医院（山东省千佛山医院）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15