2026年4月17日，加州大学河滨分校和罗文大学的研究人员开发了一种生物工程贴片，可以自行产生氧气并持续供应，解决了组织工程领域长期以来的未解难题之一。相关研究成果以题为“A smart self-oxygenatingsystem for localized
and sustained oxygen delivery in bioengineered
tissueconstructs/生物工程组织结构中用于局部和持续供氧的智能自氧合系统”的论文发表在《通讯材料》（CommunicationsMaterials）上。由
Vaishali Krishnadoss、Baishali Kanjilal、Aihik Banerjee、Prince David
Okoro、等人联合撰写。研究还得到了加州大学伯克利分校、德克萨斯州塔勒顿州立大学、洛杉矶特拉萨基生物医学创新研究所的贡献。
论文中开发了一套称之为智能自氧组织系统（SSOT）的平台。系统的工作原理是：通过一种含有水的特殊凝胶通入微弱电流，利用电解作用将水分子分解成氧气和氢气。氧气可根据需要直接释放到周围组织中，无需依赖血液循环。这一点至关重要，因为细胞只有在血管距离其约100到200微米（大约相当于两根头发丝的宽度）的范围内才能存活。在薄组织样本中，氧气可以自然扩散。但是，要构建足够厚、具有临床应用价值的组织（例如未来可以替代受损器官或修复大面积伤口的组织），就意味着组织内部的细胞距离任何血管都太远，无法存活。
迄今为止尝试的所有方法，包括携氧分子、多孔支架和刺激新血管形成的生长因子，都未能可靠地维持细胞度过新血管形成之前的关键窗口期。
△SSOT技术的特性及其在组织工程中的应用。图片来自Vaishali Krishnadoss等人，《通讯材料》。
从内部制造氧气
SSOT通过在支架内部生成氧气来规避这一问题。这种凝胶结合了GelMA和一种由胆碱（一种人体自然产生的营养物质）制成的生物离子液体。它们共同形成了一种导电且具有粘附性的水凝胶，研究团队称之为BioGel，它既作为导电电解质，又作为细胞生存和生长的环境。正如研究中详述的那样，驱动反应的电极有两种版本。一种使用铂金，铂金是一种可靠且经过充分研究的材料，适用于此类电化学工作。另一种使用复合电极，由磷酸钴、一种名为拉波尼特（Laponite）的粘土状矿物和GelMA制成，配方经过特殊设计，可使用挤出式生物打印机3D打印成定制形状。
这种可打印性最终可能使临床医生能够根据患者伤口或植入部位的具体轮廓来定制电极几何形状。这种胆碱衍生的生物离子液体的作用远不止导电性。添加浓度为4%的生物离子液体后，凝胶的硬度比纯GelMA提高了一倍以上，并且显著减缓了酶促分解。纯GelMA在三天内被胶原蛋白消化酶分解了90%以上的质量，而BioGel配方在相同条件下放置一周后仅损失了约25%的质量。
分子模拟有助于解释为什么生物离子液体也能改善氧气输送：胆碱分子降低了氧气与铂表面的结合强度，从而将更多的氧气推向组织中。
△SSOT技术对糖尿病小鼠模型慢性伤口愈合的影响。图片来自Vaishali Krishnadoss等人，《通讯材料》。
平台测试
在实验室细胞培养测试中，研究团队将三种不同的人类细胞类型嵌入 SSOT 结构中，并将它们暴露在严重的缺氧环境中，这大致相当于厚组织植入物内部深处的条件。两周后，SSOT组的细胞存活率在74%至79%之间，具体数值取决于细胞类型。而当缺乏氧气生成系统时，细胞存活率则下降至38%至46%。SSOT平台还促进了一种名为VEGF的蛋白质的分泌，这种蛋白质是人体用来发出促进新血管生长信号的一种物质。
研究人员随后将SSOT结构植入大鼠皮下，以评估机体对装置的反应。28天后，免疫反应极轻微，巨噬细胞（通常表示排斥异物的细胞）浸润程度也很低。对于任何旨在长期植入的装置而言，这一结果都意义重大。然而，最具启发性的测试来自动物伤口愈合试验。研究团队在经过基因改造的糖尿病小鼠身上测试了SSOT贴片。这些小鼠的伤口难以愈合，感染机制是通过抑制两种关键的抗氧化酶，使皮肤上天然存在的细菌能够建立持续感染。
这些伤口无法自行愈合，未经治疗的动物伤口在整个观察期内持续恶化。使用电池供电的SSOT贴片治疗的小鼠在33天内伤口明显闭合，组织分析证实伤口处形成了有序的胶原蛋白和正常的皮肤层再生，而非瘢痕组织。SSOT平台能否克服人体临床试验的重重障碍，仍有待观察。这套系统仅需1伏电压即可运行，并在30天的开关循环测试中保持了稳定的电化学性能，但后续还需要在大型动物以及最终的人体试验中进行验证。作为概念验证，它为困扰组织工程数十年的难题提供了一个技术上可行的解决方案。
来源：南极熊
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