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角膜损伤若未及时有效治疗会导致严重并发症。研究人员开展了构建载间充质干细胞外泌体（MSC-Exos）的水凝胶促进角膜再生的研究。结果显示该水凝胶能显著改善伤口修复，为角膜修复提供了新方案。
在眼科领域，角膜就如同眼睛的 “窗户”，对清晰的视力起着至关重要的作用。然而，这扇 “窗户” 却十分脆弱，角膜损伤是常见的眼部伤害。一旦受伤，如果没有及时、有效的治疗，可能会引发诸如角膜穿孔、留疤等严重并发症，最终导致视力严重受损。传统治疗严重角膜缺损的方法是角膜移植，但这种方法面临着诸多难题，比如供体角膜短缺，很多患者苦苦等待却难以获得合适的供体；移植后还可能出现免疫排斥反应，患者需要长期服用免疫抑制药物，带来一系列副作用；而且移植的角膜还有可能出现裂开等问题。因此，寻找一种理想的角膜替代物迫在眉睫。它需要具备多种特性，如透明性好，不会遮挡视线；有适当的机械强度，能维持角膜的正常形态；具备强组织粘附性，紧密贴合在角膜上；还要能够促进角膜上皮和基质的再生。
在此背景下，深圳大学医学院生物医学工程系以及复旦大学附属眼耳鼻喉科医院眼科等机构的研究人员开展了一项研究，旨在构建一种新型的多功能水凝胶，以解决角膜修复中的难题。研究人员成功制备出一种载间充质干细胞外泌体（MSC-Exos）的天然生物聚合物基水凝胶，该水凝胶具有透明、自愈合、可注射和组织粘附等特性。在兔子角膜缺损模型实验中，这种水凝胶能够牢固地粘附在角膜缺损处，通过促进角膜上皮和基质的再生、抑制瘢痕形成和减轻炎症反应，显著改善了角膜伤口的修复情况。这一研究成果发表在《Journal of Nanobiotechnology》上，为角膜修复带来了新的希望，具有重要的科学意义和临床应用前景。
研究人员在开展研究时，运用了多种关键技术方法。首先，通过核磁共振（NMR）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）对氧化瓜尔胶（OGG）和羧甲基壳聚糖（CMCS）的合成进行结构确认。利用扫描电子显微镜（SEM）观察水凝胶微观结构，借助动态流变学分析、压缩测试等手段研究水凝胶的机械性能。采用纳米颗粒跟踪分析（NTA）量化 MSC-Exos 浓度，通过透射电子显微镜（TEM）观察其形态。在细胞实验中，运用 CCK-8 法检测细胞活力，使用划痕实验评估细胞迁移能力。动物实验则建立了兔子角膜缺损模型来评估水凝胶治疗效果 。
下面来看具体的研究结果：
- 水凝胶的合成与表征：研究人员通过高碘酸钠（NaIO4）氧化瓜尔胶（GG）成功合成了 OGG，利用1H NMR 和 FTIR 分析进行结构确认。同样，对 CMCS 的合成也通过对比1H NMR 和 FTIR 分析得以验证。OGG 和 CMCS 通过醛基和氨基之间的可逆 Schiff 碱反应制备水凝胶。调整 OGG 浓度可控制水凝胶的孔隙率、机械性能和透光率。例如，较高浓度的 OGG（2.0 wt%）使水凝胶孔径更小、网络结构更致密，机械强度也更高。
- 水凝胶的性能研究：水凝胶具有出色的自愈合和剪切变稀特性。在剪切变稀方面，随着剪切速率增加，水凝胶粘度降低，能够顺利通过 25 号针头挤出且结构完整。自愈合能力体现在切开的水凝胶在 2 小时内可无缝愈合，愈合后的水凝胶能承受拉伸。同时，水凝胶具有良好的透光性，虽然随着 OGG 浓度增加透光率略有下降，但总体透明度仍较高。此外，水凝胶还展现出有效的组织粘附性能，在猪皮上能牢固粘附，且粘附强度与 OGG 浓度相关，2.0 wt% OGG 的水凝胶粘附强度最高。
- 生物相容性与细胞实验：用 OGG/CMCS 水凝胶提取物培养人角膜上皮细胞（HCECs）和角膜基质细胞（HKs），CCK-8 实验表明，在一定浓度下，水凝胶提取物能促进细胞增殖，细胞活力在 3 天内保持较高水平，证明水凝胶具有良好的生物相容性。对 MSC-Exos 的研究发现，其浓度为7.3×1010 颗粒 /mL，形态呈特征性碟形，表达 CD9 和 CD63 等外泌体标记。与 HCECs 共培养后，MSC-Exos 能有效进入细胞，划痕实验显示载 MSC-Exos 的水凝胶可显著促进细胞迁移。
- 体内实验评估：选择 2.0% OGG 和 1.5% CMCS 的水凝胶配方进行体内实验。在小鼠皮下植入实验中，未发现水凝胶对心、肝、脾、肺、肾等器官造成损伤，进一步证明其生物相容性良好。在兔子角膜缺损模型实验中，载 MSC-Exos 的水凝胶治疗组在术后 8 周内，角膜缺损区域保持光滑透明，而对照组和单纯水凝胶组出现轻度混浊。荧光素染色和前节 OCT 检查结果显示，载 MSC-Exos 的水凝胶能加速角膜上皮愈合和伤口修复，促进角膜厚度恢复，维持角膜基质中胶原纤维的有序排列，减少纤维化和炎症反应。
综合研究结论和讨论部分，这项研究成功将 OGG/CMCS 水凝胶与 MSC-Exos 相结合，实现了角膜在结构和功能上的再生。OGG/CMCS 水凝胶的独特光学、机械和生物学特性使其非常适合角膜伤口愈合，它不仅具有良好的透明性、组织粘附性，还具备自愈合和可注射性。MSC-Exos 的加入进一步增强了水凝胶促进角膜上皮和基质再生、抑制瘢痕形成和减轻炎症的能力。虽然该研究主要针对角膜组织，但这种水凝胶系统的多功能性为其在其他需要透明支架或表面完整性的组织修复领域提供了潜在的应用方向。这一研究成果为角膜修复领域开辟了新的道路，有望在未来临床治疗中广泛应用，帮助众多角膜损伤患者重获清晰视力。
