哥伦比亚大学科学家将酸奶转化为模拟人体组织的愈合凝胶

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·科雷亚及其合作团队描述了一种创新型可注射水凝胶平台。该技术利用乳源细胞外囊泡（EVs）解决了再生医学生物材料开发中长期存在的技术瓶颈。EVs是细胞自然分泌的纳米级颗粒，携带数百种蛋白质和遗传物质等生物信号，能实现合成材料难以复制的复杂细胞间通讯。

本研究创新性地设计了EVs发挥双重功能的水凝胶系统：既作为生物活性载体，又通过交联生物相容性聚合物成为可注射材料的结构单元。研究团队采用非常规方法，利用酸奶中的乳源EVs突破了制约EV生物材料开发的产量限制。这种酸奶EVs使水凝胶既能模拟活体组织力学特性，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和组织再生。

"本项目始于如何构建EV水凝胶的基础性问题。酸奶EVs不仅提供了实用工具，更展现出超越模型系统的价值，"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，"我们发现这些EVs具有内在再生潜能，这为开发新型可及治疗材料开辟了道路。"

科雷亚现任哥伦比亚大学纳米免疫工程实验室主任，专注于药物递送和免疫工程研究，同时任职于赫伯特·欧文综合癌症中心。本研究与哥伦比亚大学工程学院教授Kam Leong及帕多瓦大学工业工程系Elisa Cimetta副教授、研究生Caterina Piunti等国际团队合作完成。通过结合帕多瓦团队在农业EV提取方面的专长与科雷亚实验室在纳米材料及聚合物水凝胶的经验，研究展示了跨学科国际合作对推动生物材料创新的强大助力。

基于酸奶EVs的研究成果，团队确立了将EVs同时作为结构和生物元件的水凝胶设计范式，并进一步验证了该方法对哺乳动物细胞和细菌来源EVs的适用性，证明该平台具有模块化特性且兼容多种囊泡来源。这项突破有望推动伤口愈合和再生医学领域发展，当前疗法在促进长期组织修复方面常显不足。通过将EVs直接整合进水凝胶结构，材料能持续释放生物活性信号，其可注射特性更可实现损伤部位的精准递送。

早期实验显示，酸奶EV水凝胶在免疫健全小鼠体内具有良好生物相容性，一周内即表现出强劲促血管生成活性。这不仅证实农业EVs对基础生物材料研究的价值，更彰显其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——这是有效组织再生的关键步骤。研究团队还观察到水凝胶能创建富含抗炎细胞类型的独特免疫微环境，可能参与观测到的组织修复过程，相关机制正在深入探索中。

"设计出既能精确模拟人体内环境又可加速愈合的材料，为再生医学开启了全新可能，"玛格罗尼斯表示，"这样的突破时刻正是生物医学工程研究始终令人振奋的原因。"