可扩展的生物电子方法生产用于心脏组织再生的细胞外囊泡

外泌体（EVs）作为再生疗法载体面临产量低和成分不均的瓶颈，传统方法易损害细胞。本研究采用平面叉指电极阵列实现低电压（±1V）、低频（2Hz）双相刺激与TIRF显微成像同步监测，显著提升心肌细胞EV分泌量且不降低细胞活性，电诱导EV（e-EVs）携带miRNA负载能力更强，在心肌梗死小鼠模型中有效改善心脏功能并减少纤维化。

　　

全局视角

细胞外囊泡（EVs）越来越被认可为再生疗法的天然、生物相容性载体。然而，由于其生产产量低和成分不均匀性，它们的临床应用仍然受到限制，这通常源于被动或应激诱导的生物发生途径。这一瓶颈限制了基于EV的干预措施在组织修复、癌症和心血管疾病中的可扩展性和治疗效果。在这项研究中，我们提出了一种可扩展的、非破坏性的、可调的生物电子策略，该策略利用低电压电刺激来增强EV的生物发生，同时保持细胞健康。我们的平面交错生物电极装置能够同时进行电刺激和高分辨率的光学追踪，以监测EV的释放过程。这一生物电平台显著提高了EV的产量，并产生了具有增强治疗潜力的EV，在心肌梗死的小鼠模型中表现为心脏功能的改善和纤维化的减少。这项研究为将生物电子调控整合到EV制造流程中奠定了基础，以满足日益增长的基于EV的疗法的临床需求。

亮点

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交错电极可实现EV生物发生的刺激和成像

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低电压双相刺激可促进EV分泌，而不损害细胞活力

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电诱导的EV具有增强的 cargo 载载能力、靶向性和治疗性miRNA

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负载miRNA的e-EVs 在体内改善心脏功能并减少纤维化

总结

基于细胞外囊泡（EV）的疗法受到生产效率低和可扩展性差的制约。传统的提高EV产量的方法（如缺氧或化学刺激）往往会损害囊泡质量和细胞健康。本研究介绍了一种生物电子平台，该平台采用平面交错电极阵列，能够实现同时进行低电压（±1 V）、低频率（2 Hz）的双相刺激，并通过全内反射荧光（TIRF）显微镜实时超分辨率成像来监测EV的生物发生过程。这种对原代心脏细胞的生物电刺激显著增加了EV的分泌量，且不影响细胞活力。由此产生的电诱导EV（e-EVs）表现出增强的microRNA（miRNA）负载能力、保持的组织靶向性以及功能性的治疗潜力。在急性心肌梗死的小鼠模型中，负载miRNA的e-EVs改善了心脏功能并减少了纤维化。这些结果突显了生物电子调控作为一种可扩展的、非破坏性策略，在转化再生医学中提高EV产量和功能性能的潜力。

图形摘要