水浴超声破解细胞外囊泡冻存聚集难题，显著提升药物递送效率

细胞外囊泡（EVs）冻存（-70°C）易引发聚集，降低有效浓度与药物递送效率。昌原国立大学团队首次系统比较水浴超声（40 kHz, 100 W）与常规移液对聚集EVs的分散效果，发现超声显著提升EVs单分散性（NTA验证）及肺泡巨噬细胞摄取率（体内实验），并通过分子动力学模拟揭示0.167 J/m2粘附能阈值。该研究为冷冻EVs的临床应用提供可靠复苏方案（Sci Rep 2025）。

　　

论文解读

细胞外囊泡（EVs）作为天然药物载体，因其生物相容性和靶向性成为生物医学研究热点。然而，冷冻保存（-70°C）会导致EVs严重聚集，形成大颗粒团块，不仅降低有效浓度，更阻碍其被细胞摄取，极大限制了临床转化潜力。传统应对方案依赖移液操作，但实际效果从未被科学验证。昌原国立大学（Changwon National University, Republic of Korea）的研究团队在《Scientific Reports》发表突破性研究，首次系统比较水浴超声与移液对冻存EVs的分散效果，为破解聚集难题提供新思路。

研究采用四种关键技术：

1. 纳米颗粒追踪分析（NTA）：定量冻存前后EVs浓度及粒径分布（样本源自小鼠支气管肺泡灌洗液BALF）；

2. 高分辨场发射扫描电镜（FE-SEM）：直观观测聚集态与分散形貌；

3. 体内细胞摄取实验：通过气管灌注PKH26标记EVs，激光共聚焦分析肺泡巨噬细胞（AMs）摄取效率；

4. 分子动力学（MD）模拟：计算磷脂双层（POPC）粘附能，揭示超声分散的物理机制。

研究结果

冻存引发显著聚集

冻存EVs总颗粒数较新鲜样本显著降低（p=0.036），>400 nm聚集颗粒比例增加（p=0.018），FE-SEM证实团块结构形成（图1）。

水浴超声高效分散

100 W（功率等级3）超声15分钟使总颗粒数恢复至冻前水平（p<0.01），聚集颗粒减少42%，FE-SEM显示单分散囊泡结构（图2）。

移液操作效果甚微

移液处理组与冻存对照组聚集度无差异（p>0.05），且超声后移液会引发再聚集（图3），证明传统方法无效。

超声提升体内递送效率

冻存EVs组肺泡灌洗液中检出大量聚集颗粒（p<0.001），而超声处理组巨噬细胞摄取率提升3倍，接近新鲜EVs水平（图4）。

分子模拟揭示物理机制

MD模拟计算POPC磷脂双层粘附能为0.167 J/m2（图5），而100 W超声输入能（1.56×10^-5 J）超聚集所需能量4倍，从原理验证超声可行性。

结论与意义

本研究首次证实：水浴超声（100 W, 15分钟）可高效逆转冻存导致的EVs聚集，其效果远超常规移液操作。机制上，超声能量足以克服磷脂双层间0.167 J/m2的粘附能垒，使囊泡恢复单分散状态。体内实验进一步验证超声处理显著提升肺泡巨噬细胞对EVs的摄取效率。该方案操作简单（仅需商用超声仪）、成本低廉，为EVs药物载体的规模化冻存与复苏提供标准流程，突破临床应用瓶颈。值得注意的是，作者在讨论中指出超声可能损伤膜蛋白，未来需优化参数平衡分散效率与结构完整性。