新突破！牛奶秒变“活体材料”，新型生物凝胶诞生
发布时间：
2025-08-21
国际顶级材料学期刊《Matter》在线发表哥伦比亚大学与帕多瓦大学联合团队的突破性研究成果。该研究首次系统揭示了如何利用牛奶加工副产品——酸奶乳清中提取的牛源细胞外囊泡（EVs），构建具有动态交联特性的生物活性可注射水凝胶。这项创新技术为解决组织工程领域“可注射性”与“生物活性维持”的双重难题提供了全新范式。
《Matter》牛奶囊泡解锁生物材料新潜能
传统生物材料往往面临两难选择：合成高分子材料虽具备良好机械性能，但缺乏生物信号调控能力；天然生物材料虽含有活性成分，却难以实现稳定递送。研究团队负责人Artemis Margaronis教授指出：“我们发现的牛奶囊泡就像预装了修复程序的纳米机器人，其表面天然携带的数百种生物活性分子，能精准调控免疫反应和组织再生过程。”数据显示，每升酸奶乳清可提取约10¹³个高活性EVs，产量是传统细胞培养来源的100倍，且提取成本仅为后者的千分之一。
微观结构设计：构建智能水凝胶矩阵
研究团队通过精密调控高分子聚合物羟丙基甲基纤维素（HPMC）的微观结构，成功破解了EVs与生物材料的稳定结合难题。实验数据显示：采用16碳长链（C16）修饰的HPMC材料，仅需传统用量1/50的EVs即可形成存储模量提升3倍的稳定水凝胶。这种“疏水相互作用增强效应”使材料在保持注射柔韧性的同时，获得了接近天然软骨的力学强度。
更引人注目的是材料设计的普适性突破。通过系统优化聚合物功能化程度（疏水修饰比例0.32-0.52 mmol/g）和浓度参数（最佳3% HPMC），研究团队证明该技术路线可扩展至大肠杆菌、黑色素瘤细胞等来源的人工囊泡（ACDVs）。“我们建立了EVs-聚合物协同增强机制，EVs不仅作为交联剂，其'大分子拥挤效应'还能强化网络结构。”第一作者Caterina Piunti博士解释道。
功效验证：血管网络自发生成改写修复规则
在小鼠皮下植入实验中，新型EV水凝胶展现出惊人的组织修复能力。7天观察期内，水凝胶内部形成了包含CD34+幼稚血管和CD31+成熟血管的立体网络，血管浸润深度达到材料内部500微米以上。免疫组化分析显示，材料特异性募集了表达FOXP3的调节性T细胞，这类修复卫士能有效抑制过度炎症并引导血管定向生长。
与传统脂质体水凝胶相比，EV水凝胶组的血管密度提高3.2倍，炎症因子IL-6水平降低47%。更关键的是，材料在体内呈现渐进式降解特性，28天后完全转化为新生组织而无纤维化包裹。“我们观察到水凝胶就像微型血管孵化器，不仅提供物理支撑，更通过持续释放生物信号重塑修复微环境。”Margaronis教授强调。
这项突破性技术正在打开再生医学新天地：在糖尿病溃疡治疗领域，可定制刚度的水凝胶能匹配不同组织修复需求；在骨科应用中，负载特定EVs的凝胶可促进骨细胞定向分化；免疫调节型配方更有望革新自身免疫疾病治疗策略。随着规模化生产工艺的优化，这种源自牛奶的“活体生物材料”，或将推动组织工程进入精准修复的新时代。
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