Chronic non-healing wounds represent one of the most common complications of diabetes and need advanced treatment strategies. Exosomes are key mediators of cell paracrine action and can be directly utilized as therapeutic agents for tissue repair and regeneration. Here, we explored the effects of exosomes from human urine-derived stem cells (USC-Exos) on diabetic wound healing and the underlying mechanism. Methods: USCs were characterized by flow cytometry and multipotent differentiation potential analyses. USC-Exos were isolated from the conditioned media of USCs and identified by transmission electron microscopy and flow cytometry. A series of functional assays in vitro were performed to assess the effects of USC-Exos on the activities of wound healing-related cells. Protein profiles in USC-Exos and USCs were examined to screen the candidate molecules that mediate USC-Exos function. The effects of USC-Exos on wound healing in streptozotocin-induced diabetic mice were tested by measuring wound closure rates, histological and immunofluorescence analyses. Meanwhile, the role of the candidate protein in USC-Exos-induced regulation of angiogenic activities of endothelial cells and diabetic wound healing was assessed. Results: USCs were positive for CD29, CD44, CD73 and CD90, but negative for CD34 and CD45. USCs were able to differentiate into osteoblasts, adipocytes and chondrocytes. USC-Exos exhibited a cup- or sphere-shaped morphology with a mean diameter of 51.57 ± 2.93 nm and positive for CD63 and TSG101. USC-Exos could augment the functional properties of wound healing-related cells including the angiogenic activities of endothelial cells. USC-Exos were enriched in the proteins that are involved in regulation of wound healing-related biological processes. Particularly, a pro-angiogenic protein called deleted in malignant brain tumors 1 (DMBT1) was highly expressed in USC-Exos. Further functional assays showed that DMBT1 protein was required for USC-Exos-induced promotion of angiogenic responses of cultured endothelial cells, as well as angiogenesis and wound healing in diabetic mice. Conclusion: Our findings suggest that USC-Exos may represent a promising strategy for diabetic soft tissue wound healing by promoting angiogenesis via transferring DMBT1 protein.

In elderly people particularly in postmenopausal women, inadequate bone formation by osteoblasts originating from bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) for compensation of bone resorption by osteoclasts is a major reason for osteoporosis. Enhancing osteoblastic differentiation of BMSCs is a feasible therapeutic strategy for osteoporosis. Here, bone marrow stromal cell (ST)-derived exosomes (STExos) are found to remarkably enhance osteoblastic differentiation of BMSCs in vitro. However, intravenous injection of STExos is inefficient in ameliorating osteoporotic phenotypes in an ovariectomy (OVX)-induced postmenopausal osteoporosis mouse model, which may be because STExos are predominantly accumulated in the liver and lungs, but not in bone. Hereby, the STExo surface is conjugated with a BMSC-specific aptamer, which delivers STExos into BMSCs within bone marrow. Intravenous injection of the STExo-Aptamer complex enhances bone mass in OVX mice and accelerates bone healing in a femur fracture mouse model. These results demonstrate the efficiency of BMSC-specific aptamer-functionalized STExos in targeting bone to promote bone regeneration, providing a novel promising approach for the treatment of osteoporosis and fracture.

Abstract Background Ferroptosis plays an essential role in the development of diabetes and its complications, suggesting its potential as a therapeutic target. Stem cell-derived extracellular vesicles (EVs) are increasingly being developed as nano-scale drug carriers. The aim of this study was to determine the role of ferroptosis in the pathogenesis of diabetic wound healing and evaluate the therapeutic effects of coenzyme Q10 (Q10)-stimulated exosmes derived from mesenchymal stem cells (MSCs). Methods Human keratinocytes (HaCaTs) were exposed to high glucose (HG) conditions in vitro to mimic diabetic conditions, and the ferroptosis markers and expression level of acyl-coenzyme A synthase long-chain family member 4 (ACSL4) were determined. Exosomes were isolated from control and Q10-primed umbilical cord mesenchymal stem cells (huMSCs) and characterized by tramsmission electron microscopy and immunofluorescence staining. The HG-treated HaCaTs were cultured in the presence of exosomes derived from Q10-treated huMSCs (Q10-Exo) and their in vitro migratory capacity was analyzed. Results Q10-Exo significantly improved keratinocyte viability and inhibited ferroptosis in vitro. miR-548ai and miR-660 were upregulated in the Q10-Exo and taken up by HaCaT cells. Furthermore, miR-548ai and miR-660 mimics downregulated ACSL4-inhibited ferroptosis in the HG-treated HaCaT cells and enhanced their proliferation and migration. However, simultaneous upregulation of ACSL4 reversed their effects. Q10-Exo also accelerated diabetic wound healing in a mouse model by inhibiting ACSL4-induced ferroptosis. Conclusions Q10-Exo promoted the proliferation and migration of keratinocytes and inhibited ferroptosis under hyperglycemic conditions by delivering miR-548ai and miR-660. Q10-Exo also enhanced cutaneous wound healing in diabetic mice by repressing ACSL4-mediated ferroptosis.