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为解决干细胞（SC）衍生胰岛因缺乏三维细胞外微环境和血管周环境而功能不成熟的问题，研究人员开展了生物打印定制胰岛特异性微环境的研究。结果显示，该微环境促进了胰岛与血管的相互作用，提升了 SC 衍生胰岛功能，为胰岛研究和糖尿病治疗带来新希望。
在糖尿病治疗领域，寻找有效的胰岛替代疗法一直是科研人员努力的方向。干细胞（SC）衍生胰岛有望成为治疗糖尿病的新途径，但目前面临着诸多挑战。体外生成的 SC 衍生胰岛往往缺乏三维（3D）细胞外微环境和血管周环境，这导致它们功能不成熟，难以像天然胰岛一样精准地感知血糖波动并释放胰岛素，严重限制了其在糖尿病治疗中的应用。因此，如何构建一个类似体内的微环境，促进 SC 衍生胰岛的成熟，成为亟待解决的关键问题。
韩国浦项科技大学（Pohang University of Science and Technology）等机构的研究人员针对这一难题展开研究。他们通过优化胰腺组织特异性细胞外基质（ECM）和基底膜蛋白的组合，并利用生物打印技术构建了类似体内的胰岛特异性微环境，旨在促进 SC 衍生胰岛的成熟，提升其功能。这项研究成果发表在《Nature Communications》上，为糖尿病治疗和胰岛研究开辟了新的道路。
研究人员在研究过程中运用了多种关键技术方法。首先，通过蛋白质组学分析，深入研究胰腺脱细胞组织衍生的 ECM（pdECM）和常用的胶原蛋白 I（Col）的成分差异，以明确 pdECM 的独特优势。其次，利用生物打印技术，特别是浴内打印技术，构建了包含人胰岛样细胞聚集体 - 血管（HICA - V）的 3D 结构，模拟天然胰岛的结构和功能。此外，通过基因表达分析、免疫染色、葡萄糖刺激胰岛素分泌（GSIS）测试等实验手段，对 SC 衍生胰岛的成熟度和功能进行评估 。
下面来详细了解研究结果：
- 胰岛微环境特异性生化复杂性诱导 SC 衍生 β 细胞成熟：研究人员对 pdECM 进行蛋白质组学分析，发现其包含多种胰腺特异性成分，与 Col 相比，能更好地反映胰腺微环境。然而，脱细胞过程会破坏基底膜（BM）蛋白。于是，研究人员开发了一种包含 pdECM 和 BM 蛋白（如层粘连蛋白和胶原蛋白 IV）的 PINE 生物墨水。实验表明，在 PINE 生物墨水中培养的 SC 衍生 β 细胞，其胰岛素分泌相关基因表达更高，在高糖刺激下胰岛素分泌量增加，且细胞内钙离子（Ca2+）信号响应增强，这表明 PINE 生物墨水能有效促进 β 细胞成熟。
- 使用 PINE 生物墨水生物打印 HICA - V 促进强大的胰岛 - 血管 - ECM 网络形成：研究人员运用浴内打印技术，以 PINE 生物墨水构建 HICA - V。PINE 生物墨水具有良好的流变学特性，适合用于生物打印。打印的 HICA - V 能够精确模拟天然胰岛和血管的大小、形态，细胞存活率高。并且，随着时间推移，HICA - V 能形成稳定的血管网络，促进细胞间的相互作用。
- 生物打印的 HICA - V 重现了天然胰岛及其血管的体内功能协调：研究人员将生物打印的 HICA - V 与随机分散组和悬浮培养组进行对比，发现 HICA - V 中细胞间连接蛋白（如 CX36、CX43 和 VE - CAD）的基因表达水平更高，胰岛素和分泌蛋白（如 FGF）的表达也显著增加。在 GSIS 测试中，HICA - V 在低、高糖条件下胰岛素分泌量均显著高于其他组。此外，研究人员还发现，HICA - V 在高糖环境下能模拟体内病理生理现象，抗糖尿病药物组合（恩格列净和二甲双胍）治疗后，炎症因子和内皮功能障碍相关基因表达降低，胰岛素分泌功能得到恢复。
在研究结论和讨论部分，研究人员成功构建了具有体内类似功能的 HICA - V，它具备成熟天然胰岛的关键特征，包括与血管紧密连接的结构、稳定的葡萄糖响应性以及对疾病状态的模拟能力。这一成果不仅为研究胰岛发育、成熟和糖尿病疾病建模提供了新的模型，还有助于评估抗糖尿病药物的疗效，推动糖尿病治疗从基础研究向临床应用的转化。不过，研究也存在一定局限性，例如需要进一步研究 BM 蛋白对生物墨水机械性能的影响，利用更精准的方法评估细胞存活和死亡情况，考虑胰腺细胞的复杂性，如内皮细胞的异质性、周细胞和神经细胞对胰岛功能的影响等。未来研究可围绕这些方面展开，进一步优化 HICA - V 模型，为糖尿病治疗带来更多突破。总之，这项研究为糖尿病治疗领域带来了新的曙光，为后续研究指明了方向，具有重要的科学意义和临床应用潜力。
