Spinal cord injury is among the most fatal diseases. The complicated inhibitory microenvironment requires comprehensive mitigation. Exosomes derived from mesenchymal stem cells (MSCs) are natural biocarriers of cell paracrine secretions that bear the functions of microenvironment regulation. However, the effective retention, release, and integration of exosomes into the injured spinal cord tissue are poorly defined. Herein, an innovative implantation strategy is established using human MSC-derived exosomes immobilized in a peptide-modified adhesive hydrogel (Exo-pGel). Unlike systemic admistration of exosomes, topical transplantation of the Exo-pGel provides an exosome-encapsulated extracellular matrix to the injured nerve tissue, thereby inducing effecient comprehensive mitigation of the SCI microenvironment. The implanted exosomes exhibit efficient retention and sustained release in the host nerve tissues. The Exo-pGel elicits significant nerve recovery and urinary tissue preservation by effectively mitigating inflammation and oxidation. The Exo-pGel therapy presents a promising strategy for effective treatment of central nervous system diseases based on exosome implantation.

Vascular integrity helps maintain brain microenvironment homeostasis, which is critical for the normal development and function of the central nervous system. It is known that neural cells can regulate brain vascular integrity. However, due to the high complexity of neurovascular interactions involved, understanding of the neural regulation of brain vascular integrity is still rudimentary. Using intact zebrafish larvae and cultured rodent brain cells, we find that neurons transfer miR-132, a highly conserved and neuron-enriched microRNA, via secreting exosomes to endothelial cells (ECs) to maintain brain vascular integrity. Following translocation to ECs through exosome internalization, miR-132 regulates the expression of vascular endothelial cadherin (VE-cadherin), an important adherens junction protein, by directly targeting eukaryotic elongation factor 2 kinase (eef2k). Disruption of neuronal miR-132 expression or exosome secretion, or overexpression of vascular eef2k impairs VE-cadherin expression and brain vascular integrity. Our study indicates that miR-132 acts as an intercellular signal mediating neural regulation of the brain vascular integrity and suggests that the neuronal exosome is a novel avenue for neurovascular communication.

Cancer stem cells (CSCs) are regarded as the cause of tumor formation and recurrence. The isolation and identification of CSCs could help to develop novel therapeutic strategies specifically targeting CSCs.Human hepatoma cell lines were plated in stem cell conditioned culture system allowed for sphere forming. To evaluate the stemness characteristics of spheres, the self-renewal, proliferation, chemoresistance, tumorigenicity of the PLC/PRF/5 sphere-forming cells, and the expression levels of stem cell related proteins in the PLC/PRF/5 sphere-forming cells were assessed, comparing with the parental cells. The stem cell RT-PCR array was performed to further explore the biological properties of liver CSCs.The PLC/PRF/5, MHCC97H and HepG2 cells could form clonal nonadherent 3-D spheres and be serially passaged. The PLC/PRF/5 sphere-forming cells possessed a key criteria that define CSCs: persistent self-renewal, extensive proliferation, drug resistance, overexpression of liver CSCs related proteins (Oct3/4, OV6, EpCAM, CD133 and CD44). Even 500 sphere-forming cells were able to form tumors in NOD/SCID mice, and the tumor initiating capability was not decreased when spheres were passaged. Besides, downstream proteins DTX1 and Ep300 of the CSL (CBF1 in humans, Suppressor of hairless in Drosophila and LAG1 in C. elegans) -independent Notch signaling pathway were highly expressed in the spheres, and a gamma-secretase inhibitor MRK003 could significantly inhibit the sphere formation ability.Nonadherent tumor spheres from hepatoma cell lines cultured in stem cell conditioned medium possess liver CSC properties, and the CSL-independent Notch signaling pathway may play a role in liver CSCs.

Mesenchymal stem cells (MSCs) repair infarcted heart through paracrine mechanism. We sought to compare the effectiveness of MSCs and MSC-derived exosomes (MSC-Exo) in repairing infarcted hearts and to identify how MSC-Exo mediated cardiac repair is regulated. In a rat myocardial infarction model, we found that MSC-Exo inhibited cardiac fibrosis, inflammation, and improved cardiac function. The beneficial effects of MSC-Exo were significantly superior compared to that of MSCs. To explore the potential mechanisms underlying MSC-Exo’s effects, we performed several in vitro experiments and miRNA-sequence analysis. MSC-Exo stimulated cardiomyocyte H9C2 cell proliferation, inhibited apoptosis induced by H 2 O 2 , and inhibited TGF- β induced transformation of fibroblast cell into myofibroblast. Importantly, novel miRNA sequencing results indicated that MSC-Exo and MSCs have similar miRNA expression profile, which could be one of the reasons that MSC-Exo can replace MSCs for cardiac repair. In addition, the expression of several miRNAs from MSC-Exo was significantly different from that of MSCs, which may explain why MSC-Exo has better therapeutic effect than MSCs. In conclusion, this study demonstrates that MSC-Exo could be used alone to promote cardiac repair and are superior to MSCs in repairing injured myocardium.

Abstract Post brain colonization, cancer cells may adhere to and spread along the abluminal surface of the vasculature providing advantageous access to oxygen, nutrients, and vessel-derived paracrine factors. For example, brain-tropic melanoma cells are well-known to invade along or within blood vessels at the invasive front, but the molecular mechanisms that guide this process are not well-characterized. We have used melanoma cells of different phenotypic states (melanocytic versus mesenchymal) to characterize different modes of perivascular invasion in the brain. We find that Sox9 hi mesenchymal state melanoma cells undergo pericyte-like spreading along brain blood vessels via a Snail1-dependent process; in contrast, Sox10 hi melanocytic state melanoma form proliferative, perivascular clusters. Snai1 deletion in mesenchymal-state melanoma cells diminishes Tgfβ-induced expression of Pdgfrβ which impairs Tgfβ/Pdgf ligand-driven motility along the brain microvasculature and dramatically reduces perivascular dispersal of melanoma cells throughout the brain post-colonization. These data suggest that, depending on their transcriptional/phenotypic state, some melanoma cells may appropriate signals that typically mediate endothelial cell:pericyte cross talk as an adaptive mechanism for maintaining vessel proximity and motility within the brain microenvironment.

Seminal plasma extracellular vesicles (SPEVs) play an important role in regulating sperm motility by delivering various cargoes, such as miRNAs, mRNAs, proteins and metabolites. However, information on the lipid compositions of SPEVs and their roles in semen quality is limited. Here, we performed high-throughput transcriptomic and lipidomic analysis on SPEVs isolated from 20 boars with high or low sperm motility. Then, we evaluated the lipid composition and gene expression characteristics of SPEVs and identified the specific lipids and genes related to sperm motility. As a result, a total of 26 lipid classes were identified in SPEVs, and five subclasses, CerG2, CerG3, LPE, LPS and TG, were significantly different in boars with high and low sperm motility. In addition, 195 important lipids and 334 important genes were identified by weighted gene coexpression analysis (WGCNA) and differential expression analysis. We observed that several important genes and lipids in SPEVs potentially influence sperm motility via glycerophospholipid metabolism, glycerolipid metabolism, the sphingolipid signaling pathway and the ferroptosis pathway. Furthermore, we found a significant correlation between the content of 22 lipids and the expression levels of 67 genes (|cor| > 0.8, P < 0.05). Moreover, we observed that three important gene-lipid linkages (CerG1 (d22:0/24:0) - RCAN3, Cer (d18:1/24:0) - SCFD2 and CerG1 (d18:0/24:1) - SCFD2) were strongly correlated with sperm motility. Based on the results, some genes and lipids in SPEVs may play important roles in sperm motility by interacting with sperm through important pathways.