哥伦比亚大学的科学家将酸奶转化为模拟人体组织的愈合凝胶

哥伦比亚大学生物医学工程助理教授圣地亚哥·科雷亚及其合作团队在7月25日发表于《物质》期刊的论文中，描述了一种基于乳源细胞外囊泡（EV）的可注射水凝胶平台，该平台解决了再生医学生物材料开发中长期存在的技术障碍。细胞外囊泡是细胞自然分泌的颗粒，携带数百种生物信号（如蛋白质和遗传物质），能实现合成材料难以复制的复杂细胞间通讯。

本研究设计的水凝胶系统中，EV发挥双重功能：既作为生物活性载体，又通过交联生物相容性聚合物形成可注射材料的基本结构单元。团队采用非常规方法利用酸奶中的乳源EV，成功克服了制约EV基生物材料开发的产量限制。这种酸奶EV使水凝胶既能模拟活体组织的力学特性，又能主动激活周围细胞，无需额外化学添加剂即可促进伤口愈合与组织再生。

"该项目始于构建EV基水凝胶的基础性问题。酸奶EV提供了实用工具，但其价值远超模型概念，"领导该研究的科雷亚表示。他与美国国家科学基金会研究生研究员阿尔忒弥斯·玛格罗尼斯共同完成研究："我们发现其具有内在再生潜力，为开发新型可及治疗材料开辟了道路。"

科雷亚主持哥伦比亚大学纳米免疫工程实验室，研究聚焦于药物递送与免疫工程领域。作为赫伯特·欧文综合癌症中心成员，他与工程学院同事卡姆·梁合作推进本项目，并与帕多瓦大学工业工程系研究员埃莉萨·奇梅塔及研究生卡特琳娜·皮温蒂开展国际合作。通过融合帕多瓦团队的农业EV获取技术与科雷亚实验室的纳米材料/聚合物水凝胶专长，团队展示了跨学科全球合作推动生物材料创新的强大效能。

基于酸奶EV构建的水凝胶确立了将EV同时作为结构和生物元件的设计范式。团队进一步使用哺乳动物细胞和细菌源EV验证该平台，证明其模块化特性兼容多种囊泡来源。这为伤口愈合和再生医学领域开辟了新前景——当前疗法常难以实现长期组织修复。通过将EV直接整合进水凝胶结构，材料可持续释放生物活性信号；其可注射特性支持局部精准递送至受损组织。

早期实验表明：酸奶EV水凝胶在免疫健全小鼠体内具有生物相容性，一周内即引发强效血管生成活性。这证实农业EV不仅能支撑基础生物材料研究，更具备作为下一代生物技术的治疗潜力。小鼠实验中材料未引发不良反应，反而促进新血管形成（有效组织再生的关键步骤）。科雷亚团队还观察到水凝胶形成富含抗炎细胞类型的独特免疫微环境，可能促进组织修复进程。团队正探索该免疫反应如何引导组织再生。

"设计出既能精准模拟人体天然环境又能加速愈合的材料，为再生医学开启全新可能，"玛格罗尼斯表示，"此类突破时刻印证了生物医学工程研究始终处于激动人心的前沿。"

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Materialsprovided byColumbia University School of Engineering and Applied Science.Note: Content may be edited for style and length.

Journal Reference:

Artemis Margaronis, Caterina Piunti, Ryan R. Hosn, Sarah Bortel, Satya Nayagam, James S. Wang, Daniella Uvaldo, Kam Leong, Elisa Cimetta, Santiago Correa.Extracellular vesicles as dynamic crosslinkers for bioactive injectable hydrogels.Matter, 2025; 102340 DOI:10.1016/j.matt.2025.102340