在糖尿病的治疗过程中，利用生物材料对胰岛细胞进行封装有望克服低细胞生存率和宿主免疫排斥的问题，从而提高治疗效果。然而，传统的胰岛封装方法依然存在着艰巨的挑战：一是细胞/聚合物具有巨大的体积比；二是氧气和营养物质扩散条件差；三是随机捕获导致的异质覆盖；四是移植位点周边的囊周纤维化过度生长。
针对这些挑战，韩国汉阳大学的Dong YunLee和国立首尔大学的Byung-Gee Kim、Nathaniel S. Hwang等人阐释了一种多层水凝胶纳米膜笼养系统（caging system），可保护胰岛细胞免受高剪切应力的影响，同时通过干扰细胞之间的相互作用来减少免疫反应的产生。由此系统笼养的小鼠β细胞球最终被移植到1型糖尿病小鼠模型上，成功地实现了对小鼠血糖水平的调节，为细胞疗法的临床应用提供了新的平台。相关工作以“Novel enzymatic cross-linking–based hydrogel nanofilm caging system on pancreatic β cell spheroid for long-term blood glucose regulation”为题发表在Science Advances。
【文章要点】
一、多层水凝胶纳米膜笼养系统
研究人员利用两种带相反电荷的多糖，即乙二醇壳聚糖和透明质酸，来作为层层自组装的构建单元。这两种多糖利用可与酪氨酸酶反应的单酚进行改性分别形成GC-T和HA-T。如图1所示，在酪氨酸酶的两步氧化作用下，单酚转变成二元酚或者醌类片段，这些醌类片段可与细胞表面的氨基、巯基以及多糖上的其他醌类片段形成共价键，从而实现交联反应形成水凝胶纳米膜。
图1多层水凝胶纳米膜笼养系统封装β细胞示意图
二、封装细胞球
研究首先在体外培养了MIN β细胞球，再利用层层自组装技术在细胞球外形成了6层水凝胶纳米膜。经过细胞实验显示，被封装的β细胞球在7天后依然具有很高的细胞生存率，同时纳米膜也不会影响细胞的胰岛素和基因分泌。此外，作者还研究了水凝胶纳米膜可否保护β细胞不受物理应力的破坏。如图2所示，在高速离心力的作用下，封装的β细胞依旧能够维持球状形态；在胶原酶等蛋白酶的攻击下，细胞球中的细胞分离现象较少。当将封装的β细胞和自然杀伤细胞（NK-92）一同培养后，研究发现NK-92细胞能够对封装的β细胞不会产生显著的杀伤效力，这些结果均说明封装可抑制细胞-细胞之间的相互作用，从而降低细胞移植引起的免疫反应。
图2 水凝胶纳米膜作为β细胞球的物理屏障
三、APN离子凝胶基应变传感器的性能
最后，研究检验了封装β细胞在体内的功能。该封装细胞球被移植到小鼠肾的囊膜下，检测到其能够有效降低血糖水平，使小鼠从高糖水平恢复到正常血糖水平，并且可维持正常水平长达30天左右（图3）。
图3水凝胶纳米膜封装的β细胞球可有效维持小鼠的正常血糖水平
文献链接：
https://advances.sciencemag.org/content/7/26/eabf7832
原文刊载于【高分子科学前沿】公众号
本文版权归原作者所有，文章内容不代表平台观点或立场。如有关于文章内容、版权或其他问题请与我方联系，我方将在核实情况后对相关内容做删除或保留处理！