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節功能避免免疫排斥，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的產量極低，傳統增產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雜志上發表題為“High Efficiency Production of Functional Small Extracellular Vesicles through Cellular Self-Motivation”，提出利用細胞自身產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，細胞自然產生的微小牽引力（~10 nN）即可引發水凝膠結構形變，觸發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分泌數量實現量級上的提升。
圖1. (A) 實現力-電轉換的柔性壓電水凝膠; (B, C) 牽引力觸發的“細胞自我激勵”提升sEV產量; (D) 獲得的sEV具備出色治療效果.
與傳統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，具備更高的經濟性與適用性。所獲得的sEV已在體內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、再生醫學乃至醫療美容領域，作為藥物遞送載體和細胞修復工具展現出廣闊應用前景。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，也為無創植入材料與細胞環境調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.
