AG73-GelMA/AlgMA 水凝胶：糖尿病治疗新希望 —— 助力胰腺祖细胞类器官生成

为解决糖尿病治疗中胰岛移植供体短缺及干细胞分化难题，研究人员用 AG73-GelMA/AlgMA 水凝胶培养胰腺祖（PP）类器官，发现其可提升 SC-β 细胞功能，为糖尿病治疗提供新途径。

　　糖尿病，这一全球性的健康难题，正严重影响着无数人的生活质量。目前，胰岛移植被视为逆转不稳定糖尿病或严重并发症患者病情的最有前景的治疗方法。然而，供体的相对短缺却极大地阻碍了其临床应用。近年来，利用干细胞衍生的 β（SC-β）细胞移植治疗糖尿病取得了显著进展，部分方法已进入临床试验阶段。但如何精准调控胰腺特异性亚群细胞的生成，提高 SC-β 细胞产量，同时减少多余细胞，尤其是具有致瘤性的未分化细胞，成为了该领域的关键挑战。在胰腺发育分化的多步骤体系中，生成具有内分泌谱系分化轨迹的胰腺祖细胞（PPs）对功能性 β 细胞的分化至关重要，可传统分化模型却忽视了体内细胞外基质（ECM）微环境对细胞分化的影响，导致分化效率低下。

为了攻克这些难题，南通大学附属医院、南通大学医学院等机构的研究人员开展了一项极具意义的研究，相关成果发表在《Journal of Nanobiotechnology》上。

研究人员整合组织工程和蛋白质组学技术，构建了 AG73 仿生水凝胶，旨在重建胰腺发育微环境，以在体外获得高效的 PPs，并为糖尿病移植治疗提供稳定的 SC-β 细胞。

在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先是基于数据非依赖采集（DIA）的蛋白质组学分析及验证，通过对不同发育阶段小鼠胰腺组织进行 DIA 测序，全面了解差异表达蛋白，并利用免疫荧光（IF）染色进行验证。其次，从人胚胎干细胞 H9 系（hESC-H9）诱导分化 SC-β 细胞，采用特定的 6 阶段分化方案，并在特定阶段进行基因干扰实验。此外，制备 AG73-GelMA/AlgMA 水凝胶并对其进行一系列表征，包括分子对接预测、核磁共振检测、流变学及力学性能分析等。还运用 mRNA 测序（mRNA-seq）、单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）、流式细胞术（FCM）等技术深入探究细胞分化机制和细胞特性。

下面来看看具体的研究结果：

1. SDC4 对胰腺发育和 PPs 分化的影响：研究人员通过蛋白质组学分析发现，SDC4 在小鼠胰腺发育特定阶段高表达，且与胰岛素表达位置相关。在人胰腺标本中也有类似现象。敲低 SDC4 会显著降低 NKX6.1⁺/PDX1⁺ PPs 的分化效率，关键转录因子（TFs）表达下降，同时影响胰腺内分泌细胞发育相关信号通路。
2. AG73 水凝胶的制备及细胞相容性：研究人员成功制备了 AG73-GelMA/AlgMA 水凝胶，分子对接显示 AG73 与 SDC4 存在结合相互作用。该水凝胶具有良好的弹性和稳定性，其压缩模量不受 AG73 影响，孔径大小适宜细胞生长。细胞实验表明，水凝胶细胞相容性良好，高浓度 AG73 水凝胶可显著提高 PPs 分化效率。
3. hiPSCs 的生成及向 PP 类器官的分化：研究人员利用脂肪干细胞（ADSCs）诱导生成人诱导多能干细胞（hiPSCs），并将其封装在水凝胶中分化为 PP 类器官。结果显示，AG73 水凝胶组 PP 类器官中关键 TFs 表达更高，且呈现清晰的管腔样结构，促进了上皮 - 间质转化（EMT）。进一步分化为 EPs 和 SC-β 细胞后，AG73 水凝胶组的 SC-β 细胞功能更优，胰岛素分泌能力更强。
4. 体内移植实验：将不同组的 SC-β 细胞移植到糖尿病小鼠体内，12 周的实验结果表明，AG73 水凝胶组的 SC-β 细胞能更有效地调节血糖水平，使小鼠血糖下降更快，葡萄糖耐受性和清除能力更好，且未发现明显肿瘤形成，安全性良好。
5. PP 类器官的单细胞转录组分析：通过 scRNA-seq 分析发现，AG73 水凝胶影响 PP 类器官发育的细胞簇分布，促进了关键 TFs 的表达，增加了双能 PPs（SOX9⁺/PDX1⁺）的比例，激活了相关信号通路，促进了细胞间通讯，同时影响了细胞的黏附特性，促进了 EMT。

综合研究结果和讨论，该研究成功构建了 AG73-GelMA/AlgMA 水凝胶，为干细胞分化提供了稳定的微环境，促进了 PP 类器官的生成和 SC-β 细胞的分化，提高了 SC-β 细胞的功能和体内治疗效果。这一研究成果为糖尿病干细胞替代治疗优化了种子细胞来源，为糖尿病的基础研究和临床治疗开辟了新途径。未来，研究人员将继续筛选有效肽，优化 SC-β 细胞的体外分化，并深入探究 ECM 成分和机械应力对胰腺谱系发育的调控机制，有望为糖尿病治疗带来更多突破。