哥伦比亚大学科学家将酸奶制成可模拟人体组织的创口修复凝胶

7月25日发表于《物质》期刊的研究中，哥伦比亚大学生物医学工程系助理教授圣地亚哥·科雷亚及其合作者描述了一种可注射水凝胶平台。该平台利用牛奶中的细胞外囊泡（EVs）解决了再生医学生物材料开发中长期存在的障碍。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通讯。

本研究中，科雷亚团队设计的水凝胶系统使细胞外囊泡发挥双重作用：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，充当关键的结构单元。研究团队采用非常规方法，利用酸奶中的牛奶细胞外囊泡，成功克服了制约EV基生物材料开发的产量限制。酸奶细胞外囊泡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愈合和组织再生。

"该项目始于如何构建EV基水凝胶的基础性问题。酸奶细胞外囊泡为我们提供了实用工具，但其价值远超模型本身，"该研究负责人科雷亚表示。他与实验室的美国国家科学基金会研究生研究员阿尔忒弥斯·玛加罗尼斯共同领导了此项研究。"我们发现它们具有内在再生潜力，这为开发新型、可及的治疗材料开辟了道路。"

科雷亚在哥伦比亚大学领导纳米免疫工程实验室，研究聚焦于药物递送和免疫工程。他同时是赫伯特·欧文综合癌症中心成员，并与工程学院同事卡姆·梁在本项目中开展合作。通过与帕多瓦大学研究人员（包括工业工程系教授艾丽莎·奇梅塔及研究生卡特琳娜·皮温蒂）的国际合作，该研究得到进一步深化。帕多瓦团队在农业源细胞外囊泡领域的专长与科雷亚实验室在纳米材料及聚合物水凝胶方面的经验相结合，彰显了跨学科全球合作推动生物材料创新的强大力量。

通过使用酸奶源细胞外囊泡，团队确立了将EVs同时作为结构和生物元件整合进水凝胶的设计空间。他们进一步用哺乳动物细胞和细菌源细胞外囊泡验证该方法，证明该平台具有模块化特性且兼容多种囊泡来源。这为伤口愈合和再生医学领域的突破性应用开启大门——当前疗法在促进长期组织修复方面常显不足。通过将细胞外囊泡直接整合进水凝胶结构，该材料能持续释放生物活性信号。其可注射特性还支持局部递送至受损组织。

早期实验表明：酸奶EV水凝胶具有生物相容性，一周内即可在免疫健全小鼠体内驱动强效血管生成活性。这证明农业源细胞外囊泡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。在小鼠实验中，该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营造出富含抗炎细胞类型的独特免疫环境，这可能促进观察到的组织修复进程。团队现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，又能加速愈合过程的材料，为再生医学开启了全新可能，"玛加罗尼斯表示。"此类突破时刻让我深刻体会到，生物医学工程研究领域为何始终处于激动人心的前沿。"