哥倫比亞大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（Columbia Engineering）的科學(xué)家們開發(fā)出了一種源自酸奶、具有生物活性、可注射的愈合凝膠。

該團(tuán)隊(duì)通過利用牛奶中的細(xì)胞外囊泡（Extracellular Vesicles, EVs），開發(fā)出一種模擬活體組織并促進(jìn)自然再生的軟質(zhì)材料。這種新型凝膠不僅能遞送治療分子；其中的細(xì)胞外囊泡（EVs）還幫助構(gòu)建了凝膠本身的結(jié)構(gòu)。在小鼠模型中，它顯著促進(jìn)了血管形成和組織修復(fù) —— 且無需額外添加化學(xué)物質(zhì)。這項(xiàng)研究預(yù)示著未來源自食物的生物技術(shù)將在人體愈合中發(fā)揮強(qiáng)大作用。

設(shè)計(jì)下一代生物活性水凝膠

哥倫比亞大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的研究人員開發(fā)了一種新方法，利用天然存在的顆粒 —— 細(xì)胞外囊泡（EVs），來制造用于組織修復(fù)和再生醫(yī)學(xué)的生物活性可注射水凝膠。

在7月25日發(fā)表于《物質(zhì)》期刊的一項(xiàng)研究中，哥倫比亞大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程助理教授圣地亞哥·科雷亞（Santiago Correa）及其研究團(tuán)隊(duì)介紹了一種水凝膠系統(tǒng)，該系統(tǒng)融合了從牛奶中提取的細(xì)胞外囊泡（EVs）。這些由細(xì)胞自然釋放的微小顆粒攜帶蛋白質(zhì)和遺傳物質(zhì)等生物指令。正因如此，它們能支持復(fù)雜的細(xì)胞通訊，這是傳統(tǒng)合成材料往往難以實(shí)現(xiàn)的。

雙重角色：EVs兼具結(jié)構(gòu)與信號功能

在他們的設(shè)計(jì)中，細(xì)胞外囊泡（EVs）承擔(dān)著兩個關(guān)鍵功能。它們不僅充當(dāng)治療信號的載體，還能通過與生物相容性聚合物交聯(lián)，幫助形成凝膠的結(jié)構(gòu)本身。為了解決細(xì)胞外囊泡（EVs）可用性方面的常見限制，該團(tuán)隊(duì)使用了源自酸奶的細(xì)胞外囊泡（EVs）。這個創(chuàng)造性的解決方案幫助他們生產(chǎn)出數(shù)量更多、同時(shí)保持其生物活性的凝膠。其成果是一種柔軟的、既類似于活體組織又能與鄰近細(xì)胞相互作用以刺激愈合的材料，整個過程無需使用額外的化學(xué)試劑。

“這個項(xiàng)目始于一個關(guān)于如何構(gòu)建基于細(xì)胞外囊泡（EVs）的水凝膠的基礎(chǔ)性問題。酸奶中的細(xì)胞外囊泡（EVs）為我們提供了一個實(shí)用的工具，但它們的作用遠(yuǎn)不止是一個模型，”領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的科雷亞說，他與其實(shí)驗(yàn)室的美國國家科學(xué)基金會（NSF）研究生研究員阿耳忒彌斯·瑪格羅尼斯（Artemis Margaronis）共同合作?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)它們具有內(nèi)在的再生潛力，這為開發(fā)新型、易獲取的治療材料打開了大門?！?/p>

全球合作推動材料突破

科雷亞領(lǐng)導(dǎo)著哥倫比亞大學(xué)的納米免疫工程實(shí)驗(yàn)室（Nanoscale Immunoengineering Lab），其研究重點(diǎn)是藥物遞送和免疫工程。他還是赫伯特·歐文綜合癌癥中心（Herbert Irving Comprehensive Cancer Center）的成員，并在此項(xiàng)目上與哥倫比亞大學(xué)工程學(xué)院的同事李康（音譯）教授合作。該研究還通過與意大利帕多瓦大學(xué)研究人員的國際合作得到加強(qiáng)，包括工業(yè)工程系的埃莉薩·奇梅塔（Elisa Cimetta）和研究生卡特琳娜·皮溫蒂（Caterina Piunti）。通過將帕多瓦團(tuán)隊(duì)在農(nóng)業(yè)來源細(xì)胞外囊泡（EVs）獲取方面的專業(yè)知識與科雷亞實(shí)驗(yàn)室在納米材料和聚合物基水凝膠方面的經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，該團(tuán)隊(duì)展示了跨學(xué)科、全球性合作在推動生物材料創(chuàng)新方面的強(qiáng)大力量。

通過使用源自酸奶的細(xì)胞外囊泡（EVs），該團(tuán)隊(duì)為生成將細(xì)胞外囊泡（EVs）同時(shí)作為結(jié)構(gòu)和生物元素的水凝膠定義了一個設(shè)計(jì)空間。他們進(jìn)一步使用源自哺乳動物細(xì)胞和細(xì)菌的細(xì)胞外囊泡（EVs）驗(yàn)證了該方法，證明該平臺具有模塊化特性，并能兼容多種囊泡來源。這可能為傷口愈合和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的先進(jìn)應(yīng)用打開大門，因?yàn)槟壳暗闹委煼椒ㄔ诖龠M(jìn)長期組織修復(fù)方面往往效果不佳。通過將細(xì)胞外囊泡（EVs）直接整合到水凝膠結(jié)構(gòu)中，這種材料能夠持續(xù)遞送其生物活性信號。由于該水凝膠是可注射的，它也能被局部遞送至受損組織。

體內(nèi)實(shí)驗(yàn)成功與免疫反應(yīng)

早期實(shí)驗(yàn)表明，酸奶來源的細(xì)胞外囊泡（EVs）水凝膠具有生物相容性，并能在具有免疫能力的小鼠體內(nèi)一周內(nèi)驅(qū)動強(qiáng)大的血管生成活性，這證明農(nóng)業(yè)來源的細(xì)胞外囊泡（EVs）不僅支持基礎(chǔ)的生物材料研究，還具有作為下一代生物技術(shù)的治療潛力。在小鼠實(shí)驗(yàn)中，該材料沒有顯示出不良反應(yīng)的跡象，反而促進(jìn)了新血管的形成，這是有效組織再生的關(guān)鍵步驟?？评讈喌膱F(tuán)隊(duì)還觀察到，這種水凝膠創(chuàng)造了一個富含抗炎細(xì)胞類型的獨(dú)特免疫環(huán)境，這可能有助于觀察到組織修復(fù)過程。該團(tuán)隊(duì)目前正在探索這種免疫反應(yīng)如何幫助引導(dǎo)組織再生。

“能夠設(shè)計(jì)出一種既能緊密模擬人體自然環(huán)境，又能加速愈合過程的材料，這為再生醫(yī)學(xué)打開了一個充滿可能性的新世界，”瑪格羅尼斯說?！斑@樣的時(shí)刻提醒我，為何生物醫(yī)學(xué)工程研究領(lǐng)域總是處于激動人心的前沿?！?/p>

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