The effect of wheat (Triticum aestivum L.) derived exosomes on wound healing

Abstract

Yara iyileşmesi, homeostaz, inflamasyon, proliferasyon, göç ve doku yenilenmesinden oluşan bir dizi fizyolojik süreçtir. Akut yaralanmalar genellikle kısa bir süre içinde iyileşir, ancak kronik yaralar, yaşamı tehdit eden enfeksiyonlara, mevcut teknoloji için ciddi bir sorun olan ekstremite amputasyonlarına neden olabilir. Her ne kadar yara iyileşmesi onlarca yıldır çalışılmış olsa da, ilaçların yüksek maliyeti, düşük etkinliği, hastaya özel yanıtı, yara bakım tesisleri gerektirmesi ve ciddi yan etkileri nedeniyle hala yeterince etkili değildir. Bu anlamda, yeni, güvenli, kendi kendine uygulanabilir, etkili ve ucuz yara bakım ürünleri geliştirmek hala uluslararası araştırmaların çekici bir alanıdır. Doku homeostazını ve organizmaların bütünlüğünü korumak için hücreden hücreye iletişim zorunludur, ancak hücreler arasındaki iletişim mekanizmalarının çoğu reseptörlerin ve sinyal moleküllerinin koordinasyonunu gerektirir. Son zamanlarda, nano vezikül aracılı hücre iletişimi, eksozomlar olarak adlandırılan hücre dışı veziküller yoluyla farklı molekülleri üreten hücrelerden hedef hücrelere aktarma yeteneği nedeniyle öne çıkmaktadır. Önceki çalışmalar, üzüm, greyfurt, zencefil ve havuç gibi bitkilerden salınan ekzozomların anti-inflamatuar ve anti-kanser özelliklerine sahip olduğu bildirilmektedir. Bitki ekzozomlarının yara iyileşme sürecinin altında yatan mekanizmaları hala bilinmemektedir. Bu nedenle, bu çalışmada ilk kez, hücre proliferasyonu, migrasyon, anjiyogenez, gen ve büyüme faktörü ekspresyonu, hücre migrasyonu ve proliferasyonu gibi yara rejenerasyonu etkileyen faktörleri, hem in vitro hem de in vivo yaklaşımlar kullanılarak buğday eksozomları kullanılarak uyarılmıştır. Buğday ekzozomları dermal hücre proliferasyonunu, migrasyonunu ve anjiyogenezini arttırmıştır, anti-inflamatuar etkiye sahiptir, yara iyileşmesinde görevli sitokin ve genlerin seviyesini arttırmıştır. Ayrıca, buğday ekzozom içeren hidrojel formülasyonları in vivo yara iyileşmesini ve histopatolojik skor seviyelerini yükselmiştir. Sonuç olarak, bu araştırma, yara iyileştirici özellikleri nedeniyle buğday kaynaklı eksozomları kullanarak akut ve kronik yara iyileşmesi tedavisi stratejisi için yepyeni bir bakış açısı önermektedir.

Wound healing is the main physiological process which undergoes homeostasis, inflammation, proliferation, migration and tissue remodeling. Acute injuries usually heal in a short period of time but chronic illnesses associated with infection and prolonged inflammation, may resulted with the life-threatening infections, limb amputations that presents a serious challenge for the current technology. Although wound healing has been studied for decades, improved drugs are not still effective enough due to their high cost, low efficiency, having patient specific response, requiring wound care facilities and severe side effects. In this sense, developing new, safe, self-applicable, effective and cheap wound care products is still an attractive area of international research. Cell to cell communication is compulsory in order to sustain tissue homeostasis but most communication mechanisms between cells requires a coordination of the receptors and the signaling molecules. Recently, nano vesicle mediated cell communication become prominence because of the ability to shuttle different molecules from producing cells to the target cells via extracellular vesicles called exosomes. Previous studies reported that, exosomes released from plants such as grape, grapefruit, ginger and carrot have anti-inflammatory and anti-cancer properties. Although the underlying mechanisms of wound healing process of plant exosomes are still unknown. For this reason, in this study, for the first time, rate limiting factors of wound regeneration such as cell proliferation, migration, angiogenesis, gene and growth factor expression cell migration and proliferation was stimulated by using wheat derived exosomes by using both in vitro and in vivo approaches. According to the results, wheat exosomes increased cell proliferation, migration and angiogenesis, have anti-inflammatory effect, increased essential growth factor, and gene expression levels of HDF, HUVEC and HACAT cells in vitro. Moreover, wheat exosome-containing hydrogel formulations improved wound healing and histopathological rates in vivo. All in all, this research indicates a brand-new scope for wound healing therapeutics using wheat derived exosomes for the first time.