科学家将酸奶变成治疗凝胶
哥伦比亚工程学院的研究人员建立了一个框架，用于设计用细胞外囊泡 （EV） 配制的生物活性可注射水凝胶，用于组织工程和再生医学应用。 发表于 7 月 25 日在Matter，哥伦比亚工程学院生物医学工程助理教授 Santiago Correa 和他的合作者描述了一种可注射水凝胶平台，该平台使用来自牛奶的 EV 来解决开发过程中长期存在的障碍用于再生医学的生物材料。 EV 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，可实现合成材料无法轻易复制的复杂细胞通讯。 在这项研究中，Correa 及其同事设计了一种水凝胶系统，其中 EV 发挥双重作用：它们充当生物活性货物，但也充当重要的结构组成部分，通过交联生物相容性聚合物形成注射材料。 该团队采用一种非常规方法，利用酸奶中的牛奶电动汽车，克服了阻碍基于电动汽车的生物材料开发的产量限制。 酸奶 EV 使水凝胶既能模仿活组织的力学，又能积极参与周围细胞，促进愈合和组织再生，而无需额外的化学添加剂。 “这个项目最初是一个关于如何构建基于电动汽车的水凝胶的基本问题。 酸奶电动汽车为我们提供了一个实用的工具，但事实证明它们不仅仅是一个模型，“科雷亚说，他与科雷亚实验室的 NSF 研究生研究员阿尔忒弥斯·马加罗尼斯 （Artemis Margaronis） 一起领导了这项研究。 “我们发现它们具有固有的再生潜力，这为新的、可获得的治疗材料打开了大门。” Correa 领导哥伦比亚大学纳米级免疫工程实验室，他的研究重点是药物递送和免疫工程。 他也是赫伯特的成员欧文综合癌症中心，并与哥伦比亚工程学院的教员 Kam Leong 合作开展了这个项目。 通过与帕多瓦大学研究人员的国际合作，该研究得到了进一步加强，包括 Elisa Cimetta（工业工程系）和研究生 Caterina Piunti。 通过将 Padova 团队在农业电动汽车采购方面的专业知识与 Correa 实验室在纳米材料和聚合物基水凝胶方面的经验相结合，该团队展示了跨学科、全球合作伙伴关系在推进生物材料创新方面的力量。 通过使用酸奶衍生的 EV，该团队定义了一个用于生成水凝胶的设计空间，将 EV 作为结构和生物元素结合起来。 他们使用源自哺乳动物细胞和细菌的 EV 进一步验证了该方法，证明该平台是模块化的并且与不同的囊泡来源兼容。 这可以为以下领域的高级应用打开大门伤口愈合和再生医学，目前的治疗方法往往无法促进长期组织修复。 通过将电动汽车直接集成到水凝胶结构中，该材料能够持续传递其生物活性信号。 由于水凝胶是可注射的，因此也可以局部输送到受损组织。 早期实验表明，酸奶EV水凝胶具有生物相容性，可在免疫功能正常的小鼠中在一周内驱动有效的血管生成活性，证明农业电动汽车不仅可以实现基础生物材料研究，而且作为下一代生物技术具有治疗潜力。 在小鼠中，该材料没有表现出不良反应的迹象，而是促进新血管的形成，这是有效组织再生的关键步骤。 Correa 的团队还观察到，水凝胶创造了一个独特的免疫环境，富含抗炎细胞类型，这可能有助于观察到的组织修复过程。 团队现在正在探索这种免疫反应如何帮助引导组织再生。 “能够设计出一种非常模仿人体自然环境的材料，同时加快愈合过程，为再生医学打开了一个充满可能性的新世界，”Margaronis 说。 “这样的时刻提醒我，为什么生物医学工程的研究领域总是处于令人兴奋的风口浪尖。”