近年來，干細胞療法在多種疑難疾病的治療中大放異彩，但其臨床應用仍受到免疫排斥、致瘤性等安全隱患的限制。作為干細胞的“衍生產(chǎn)物”，小細胞外囊泡（Small extracellular vesicles, sEV）富含蛋白質、核酸和脂質等活性成分，這些具備治療特性的生物分子遞送給受體細胞，可以有效地改變它們的生物反應，在許多疾病的治療和醫(yī)療美容領域都顯示出巨大的潛力。相較于直接使用干細胞，sEV通過低免疫原性和免疫調(diào)節(jié)功能避免免疫排斥，又因無增殖能力而降低了致瘤風險，安全性更高。因sEV具備干細胞的治療效果，同時規(guī)避了干細胞治療的固有局限性，從而成為了干細胞治療的安全替代方案。但通常情況下干細胞sEV的產(chǎn)量極低，傳統(tǒng)增產(chǎn)手段依賴昂貴藥物或復雜設備，導致其治療成本高昂，限制了臨床推廣。
近日，中國科學技術大學張青川團隊在Nano Letters雜志上發(fā)表題為“High Efficiency Production of Functional Small Extracellular Vesicles through Cellular Self-Motivation”，提出利用細胞自身產(chǎn)生的牽引力與特定生物智能軟材料的力電轉換效應，可實現(xiàn)無需外部刺激的sEV分泌增強。中國科學技術大學博士研究生王晨為第一作者，張青川教授、吳尚犬教授以及安徽醫(yī)科大學陳旭林教授為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金和國家重大科技專項的資助。
研究團隊關注到，貼壁細胞在生長過程中會持續(xù)對其附著的基底施加周期性的牽引力。由此，研究者提出“細胞自我刺激（Cellular self-stimulation）”的新概念，借助一種具有壓電特性，且剛度接近細胞外微環(huán)境的柔性水凝膠，通過細胞自身行為驅動sEV高效分泌。當細胞在壓電水凝膠材料表面粘附生長時，細胞自然產(chǎn)生的微小牽引力（~10 nN）即可引發(fā)水凝膠結構形變，觸發(fā)陽離子定向遷移并形成局部電場，這些電信號再反過來刺激細胞自身，使sEV分泌數(shù)量實現(xiàn)量級上的提升。
圖1. (A) 實現(xiàn)力-電轉換的柔性壓電水凝膠; (B, C) 牽引力觸發(fā)的“細胞自我激勵”提升sEV產(chǎn)量; (D) 獲得的sEV具備出色治療效果.
與傳統(tǒng)依賴外部刺激手段不同，該策略讓細胞“自主開啟生命開關”，無須昂貴藥物或大型設備，具備更高的經(jīng)濟性與適用性。所獲得的sEV已在體內(nèi)外實驗中被證實具備出色的治療效果，有望在炎癥治療、組織修復、再生醫(yī)學乃至醫(yī)療美容領域，作為藥物遞送載體和細胞修復工具展現(xiàn)出廣闊應用前景。同時，這種以生物親和性壓電柔性材料為基礎的“自激勵”策略，也為無創(chuàng)植入材料與細胞環(huán)境調(diào)控提供了全新的思路。
參考文獻
Wang, C.; Zhao, X.; Yan, T.; et al. High Efficiency Production of Functional Small Extracellular Vesicles through Cellular Self-Motivation. Nano Letters 2025, 25 (16), 6471-6480.
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c00094.
