摘要：在再生医学和细胞治疗的探索中，如何在维持细胞活性的同时，实现可控释放与降解，一直是科研人员面临的难题。近日，发表在Science Advances的一项最新成果（Gregorio et al., Sci. Adv. 11, eadx3472, 2025），提出
在再生医学和细胞治疗的探索中，如何在维持细胞活性的同时，实现可控释放与降解，一直是科研人员面临的难题。近日，发表在 Science Advances 的一项最新成果（Gregorio et al., Sci. Adv. 11, eadx3472, 2025），提出了一种全新的光响应材料——PhoCoil。这是一种基于重组蛋白的单组分可注射水凝胶，具备光降解特性，能够在体内实现最小创伤注射、按需降解、精准释放细胞，为组织工程与细胞疗法开辟了新方向。
传统天然蛋白水凝胶虽然具有良好生物相容性，但可调控性差；合成高分子水凝胶虽易于改性，却常存在生物相容性不足的问题。重组蛋白水凝胶则结合了两者优势：既高度可编程，又与细胞环境相容。
PhoCoil的设计基于三大模块：
卷曲螺旋（Coiled-coil）结构：作为物理交联点，赋予材料自愈合和剪切变稀特性，使其能通过细针注射后重新成胶；PhoCl光可裂解蛋白：在405 nm可见光照射下发生肽链断裂，使水凝胶网络快速降解；XTEN柔性连接肽：作为支撑片段，增强蛋白链的柔韧性和稳定性。这一设计使PhoCoil既能稳定存在，又能在光照下实现“按需消失”。科研人员称之为“动态可调控、光可编程”的新型水凝胶。
1. 分子工程与材料表征
科研团队通过大肠杆菌表达系统合成PhoCoil蛋白，利用质谱和SDS-PAGE验证了其正确的分子量和光裂解特性。在溶液中，PhoCoil可在光照下发生约75%的蛋白断裂，表现出明显的光响应能力。
2. 力学性能与可注射性
流变学测试表明，PhoCoil水凝胶的储能模量可在1-4 kPa范围内调节，覆盖了大部分软组织的力学范围。其剪切变稀和自愈合特性，使其在针管中液化、注射后迅速恢复为凝胶，保证了细胞递送过程中的高存活率。
3. 光降解行为
PhoCoil在405 nm光照下呈现指数型软化与降解，且降解速率与光照强度和剂量呈正相关。在体外实验中，研究人员通过光掩膜实现了微米级的空间图案化降解，甚至在肉类组织或鸡皮覆盖下，仍能实现精准光触发降解，证明了其在浅层组织中的可行性。
4. 体内实验验证
在小鼠体内，PhoCoil水凝胶被注射到背部皮下，随后接受光照刺激。结果显示，受光区域的水凝胶出现显著降解，并伴随绿色荧光（完整蛋白）转为红色荧光（裂解产物）的变化，证实了光控降解在体内的可操作性。同时，炎症检测结果表明，该水凝胶不会引发显著的局部或全身免疫反应，具有良好的生物安全性。
5. 细胞递送与释放
研究团队利用PhoCoil包埋成纤维细胞，并通过注射传递到小鼠体内。结果表明，细胞在胶体中存活率超过79%。更重要的是，研究人员可在预定时间通过光照触发降解，实现细胞的“定时释放”。释放后的细胞仍具备黏附和增殖能力，验证了PhoCoil在细胞治疗中的潜在应用。
PhoCoil的实验结果揭示了其三大核心优势：
可注射性：通过剪切变稀-自愈合特性，能够以微创方式输送到体内；光控降解：405 nm可见光触发下，可实现空间和时间的精准调控；生物相容性：在体内不会引发显著炎症反应，细胞在胶中保持高活性。这些特性使PhoCoil成为细胞治疗、局部药物递送和组织工程的理想候选材料。
PhoCoil的问世，为细胞递送和可控释放提供了一个全新的解决方案。未来发展方向包括：
更深层组织应用：通过蛋白工程改造PhoCl或结合上转换纳米颗粒、可植入光源，使其响应更长波长光，实现更深组织控制；多功能拓展：可整合药物负载、基因递送等功能，成为综合性治疗平台；临床转化：凭借其单组分、无小分子交联剂的特性，PhoCoil更易于质量控制和临床应用推广。Gregorio等人的研究展示了一种全新的光控水凝胶——PhoCoil，它集单组分重组蛋白、可注射性、光降解性和高度生物相容性于一体。在小鼠实验中，PhoCoil不仅实现了安全的细胞递送，还可通过光控实现定点释放。这一突破性成果，不仅为再生医学和细胞疗法提供了新的技术路径，也为未来的精准医疗带来了更多可能。
参考文献：Nicole E. Gregorio, Fan Zhang, Yusuke Suita, et al. PhoCoil: A photodegradable and injectable single-component recombinant protein hydrogel for minimally invasive delivery and degradation. Science Advances, 2025, 11: eadx3472.
来源：自在桐风
