《Science Bulletin》可注射自愈合水凝胶助力胰岛移植新突破

研究背景：糖尿病治疗中的胰岛移植困境

糖尿病作为全球慢性疾病，胰岛移植是恢复内源性胰岛素分泌的理想方案，但面临两大核心挑战：

免疫排斥与缺血缺氧：传统移植需长期使用免疫抑制剂，且移植后胰岛因血管化不足快速失活。

移植创伤与功能维持：手术植入创伤大，单纯水凝胶封装难以模拟胰岛微环境，导致胰岛素分泌功能衰减。

近日，深圳大学与东南大学团队在《Science Bulletin》发表的研究，提出了一种可注射自愈合水凝胶负载胰岛整合微纤维支架的创新方案，通过材料设计与结构仿生，同步解决免疫隔离、血管化及微创移植问题。

短纤维支架、自愈水凝胶制备和体内移植应用的示意图(Huan et al., 2025)

技术创新：从材料设计到系统构建

微纤维支架的仿生构建

气泡破裂法制备短纤维：利用微流控技术引入气相，使含胰岛的 Alg/HAMA 微纤维因气泡破裂断裂为短片段，长度可通过气流与预凝胶流速精准调控（流速比 1:2 时平均长度约 200 μm）。

结构仿生优势：短纤维模拟胰岛细胞外基质，提供力学支撑的同时，孔隙结构（直径 40-80 μm）促进营养交换。

自愈合水凝胶基质的动态交联

Schiff 碱基可逆交联：氧化海藻酸钠（OSA）与羧甲基壳聚糖（CMCS）通过醛基 - 氨基动态键合，形成可注射水凝胶。4% OSA+2.5% CMCS 配方的凝胶化时间约 60 秒，兼具注射流畅性与体内稳定性。

力学与功能协同：水凝胶储能模量（G'）随 CMCS 浓度增加从 10² Pa 提升至 10³ Pa，同时孔隙率达 70%，为血管内皮细胞迁移提供通道。

血管化功能集成

VEGF 与 HUVECs 共负载：水凝胶基质包埋血管内皮生长因子（VEGF）与人脐静脉内皮细胞（HUVECs），体外实验显示血管网络形成效率提升 3 倍，管腔结构完整率达 85%。

抗氧化微环境构建：CMCS 的羟基自由基（・OH）清除率达 60%（2.5% 浓度），减少移植后氧化应激损伤。

关键成果：从体外验证到体内应用

体外细胞相容性与功能维持

胰岛细胞活性：MIN-6 细胞在微纤维水凝胶中培养 7 天，活率超 90%，胰岛素分泌量较传统 2D 培养提升 1.8 倍。

血管化模拟：HUVECs 在水凝胶中形成网状结构，CD31 阳性率达 95%，证明血管内皮分化能力。

体内移植的长效血糖控制

动物模型验证：糖尿病小鼠皮下注射 v-Gel@islet（血管化水凝胶 + 胰岛）后，血糖在 100 天内维持在 5-8 mmol/L，IPGTT 测试显示葡萄糖耐量恢复至正常水平的 80%。

免疫隔离效果：移植部位无明显炎症细胞浸润，胰岛素阳性区域面积是裸胰岛组的 4 倍，证明水凝胶有效阻隔免疫细胞侵袭。

结构与功能的长期稳定性

血管网络整合：术后 30 天，移植部位新生血管密度达 25 个 /mm²，与正常胰腺血管密度接近，保障胰岛氧气与营养供应。

激素分泌持续性：移植 100 天后，胰岛素与胰高血糖素双阳性细胞比例仍保持 70%，维持正常血糖调节功能。

不同治疗组的体内血糖控制。

（a）治疗组的示意图。

（b）动物实验的关键步骤。

（c）Gel@islet和v-Gel@islet组移植后的体内成像。

（d）所有动物组的连续血糖监测结果。

（e）不同的IPGTT结果治疗组。

（f）不同治疗组的血清胰岛素水平。**p<0.01

(Huan et al., 2025)

总结

该研究通过材料仿生设计与功能集成策略，构建了可注射自愈合的胰岛移植系统，其创新点在于：

结构仿生：短纤维模拟细胞外基质，水凝胶动态网络模拟组织弹性，形成仿生微环境；

功能协同：血管化因子与内皮细胞共负载，解决移植后缺血难题；

临床转化潜力：可注射特性降低手术风险，适合门诊微创治疗。未来，该技术路线可拓展至其他细胞移植领域（如干细胞、免疫细胞），其材料设计思路为生物制造领域提供了 “力学 - 功能 - 微创” 的多维优化范式。

Reference:

Huan, Z., Li, J., Cao, X., Lu, M., Yu, Y. and Li, L. 2025. Injectable self-healing hydrogels loaded with islet-integrated microfiber scaffolds for islet transplantation in diabetes mellitus. Science Bulletin.

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