如何提升EVs应用潜力？EVs与工程化材料的结合！

细胞外囊泡 (EVs)作为细胞间通讯的重要载体，在组织工程和再生医学中具有巨大的应用潜力。然而，EVs在体内的半衰期很短，难以有效地到达靶组织并发挥其生物学功能。因此，如何控制EVs的释放和保留成为实现其临床应用的关键。近年来，工程化材料在控制EVs释放和保留方面展现出巨大的潜力，为EVs在组织工程和再生医学中的应用开辟了新的途径。本文将深入探讨如何将EVs与工程化材料相结合，并控制其释放和保留，以提高其在组织工程和再生医学中的治疗效果。

控制EVs释放到宿主组织

1. 扩散

EVs可以通过扩散的方式从水凝胶中释放到宿主组织。这种方法的关键在于选择合适的交联策略，以控制EVs释放的动力学和最大量。

部分或可逆交联：将EVs添加到部分交联或可逆交联的水凝胶中，可以使EVs随着时间的推移逐渐从水凝胶中扩散出来。这种策略的优势在于释放过程更加温和，可以避免对EVs结构的破坏。

温度敏感交联：利用温度敏感的交联剂，例如甘油-2-磷酸，可以在注射后于37°C下进行离子交联，从而实现EVs的逐步释放。通过调节温度，可以控制EVs释放的速度和量，使其更好地适应宿主组织的生理环境。

2. 侵蚀

除了扩散，还可以通过侵蚀水凝胶网络的方式来实现EVs的局部释放。

水解降解：通过设计聚合物网络，使其随着时间的推移发生水解降解，从而逐渐释放EVs。例如，聚乳酸基3D工程支架中酯键的断裂可以实现EVs的持续释放。这种方法的优势在于释放过程更加可控，可以避免对宿主组织的刺激。

pH敏感降解：利用醛基与聚合物发生席夫碱反应形成的凝胶，在酸性条件下可以分解，从而实现EVs的pH敏感释放。这种方法的优势在于可以根据宿主组织的生理环境进行精准释放，例如在癌症或糖尿病伤口中，组织环境通常呈酸性，可以利用pH敏感降解实现EVs的释放。

酶促降解：利用凝胶中的酶促降解机制，例如胶原蛋白酶和明胶酶，可以降解聚合物骨架并释放EVs。这种方法的优势在于可以根据需要选择特定的酶，实现精准的释放。

光敏降解：利用光敏降解剂，例如正硝基苯基，可以在紫外光照射下断裂键合剂，从而实现EVs的非接触式释放。这种方法的优势在于可以实现对EVs释放的远程控制，例如在植入物表面涂覆光敏降解剂，在需要时通过光照来释放EVs。

增加EVs在水凝胶中的保留

为了使EVs在体内发挥更持久的效果，可以通过引入分子相互作用的方式增加EVs在水凝胶中的保留。

1. 非选择性相互作用：

静电相互作用：利用带正电荷的材料，例如聚赖氨酸，与EVs膜上的负电荷发生静电相互作用，从而增加EVs的保留。这种方法的优势在于操作简单，可以通用于不同的EVs亚群。

共价键：通过光诱导咪唑交联或点击化学方法将EVs共价键合到材料上，从而实现EVs的长期保留。这种方法的优势在于可以保证EVs与材料的稳定性，避免EVs的脱落。

2. 选择性相互作用：

整合素结合肽：将结合特定整合素的肽序列共价键合到聚合物网络上，可以捕获特定的EVs亚群，从而实现特定的生物学反应。例如，可以将RGD肽序列共价键合到聚合物网络上，以捕获与α5β1和αvβ3整合素结合的EVs，从而促进血管生成和组织再生。

利用材料控制细胞分泌EVs

为了提高EVs的产量和治疗效果，可以利用材料控制细胞分泌EVs。

生物反应器系统：利用空心纤维生物反应器系统可以集中生产EVs，并提高小EV相关蛋白的产量。这种系统具有高细胞密度和高效的物质交换等优点，可以显著提高EVs的产量。

细胞聚集体： 在微孔阵列或非粘附材料上形成细胞聚集体可以增加每细胞的EVs数量，并改善其治疗效果。细胞聚集体可以模拟体内的三维环境，促进细胞之间的相互作用，从而提高EVs的产量和治疗效果。

三维细胞培养：将细胞封装在三维水凝胶中可以提高每细胞EVs蛋白的分泌量，并改善其治疗效果。三维环境可以模拟体内的生理环境，促进细胞增殖和分化，从而提高EVs的产量和治疗效果。

总结：

通过将EVs与工程化材料相结合，并控制其释放和保留，我们可以更好地利用EVs在组织工程和再生医学中的潜力。

参考文献

Debnath K, et al. Extracellular vesicle-matrix interactions. Nat Rev Mater. 2023 Jun;8(6):390-402.