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3WJ RNA Nanoparticles-Aptamer Functionalized Exosomes From M2 Macrophages Target BMSCs to Promote the Healing of Bone Fractures

微泡 骨愈合 间充质干细胞 再生(生物学) 适体 细胞生物学 炎症 化学 外体 癌症研究 体外 骨组织 骨髓 细胞 生物医学工程 医学 免疫学 分子生物学 小RNA 生物 外科 生物化学 基因
作者
Jiali Shou,Shuyi Li,Wenzhe Shi,Sijuan Zhang,Zheng Zeng,Zecong Guo,Ziming Ye,Zhuohao Wen,Huiguo Qiu,Li Wang,Miao Zhou
出处
期刊:Stem Cells Translational Medicine [Wiley]
卷期号:12 (11): 758-774 被引量:6
标识
DOI:10.1093/stcltm/szad052
摘要

Up to now, impaired bone regeneration severely affects the healing of bone fractures, thus bringing tremendous suffering to patients. As a vital mediator between inflammatory response and bone regeneration, M2 macrophage-derived exosomes (M2-Exos) attenuate inflammation and promote tissue repair. However, due to a lack of specific targeting property, M2-Exos will be rapidly eliminated after systematic administration, thus compromising their effectiveness in promoting bone regeneration. To solve this hurdle, we initially harvested and characterized the pro-osteogenic properties of M2-Exos. A bone marrow mesenchymal stem cell (BMSC)-specific aptamer was synthesized and 3-way junction (3WJ) RNA nanoparticles were applied to conjugate the BMSC-specific aptamer and M2-Exos. In vitro assays revealed that M2-Exos bore the representative features of exosomes and significantly promoted the proliferation, migration, and osteogenic differentiation of BMSCs. 3WJ RNA nanoparticles-aptamer functionalized M2-Exos (3WJ-BMSCapt/M2-Exos) maintained the original physical characteristics of M2-Exos, but bore a high specific binding ability to BMSCs. Furthermore, when being systemically administered in the mice model with femoral bone fractures, these functionalized M2-Exos mainly accumulated at the bone fracture site with a slow release of exosomal cargo, thereby significantly accelerating the healing processes compared with the M2-Exos group. Our study indicated that the 3WJ-BMSCapt/M2-Exos with BMSCs targeting ability and controlled release would be a promising strategy to treat bone fractures.
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