基于微球支架的新型胰岛类器官构建及其在1型糖尿病治疗中的降糖机制研究

针对1型糖尿病(T1D)治疗中胰岛移植供体短缺和外源性胰岛素副作用等问题，河南科技大学团队开发了一种基于聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)微球支架的3D胰岛类器官培养系统。研究通过微流控技术构建均一尺寸的微球支架，促进胰岛细胞自组装形成功能性类器官，移植后显著降低糖尿病小鼠血糖水平并促进胰岛素分泌。该技术为胰岛类器官的标准化培养和糖尿病治疗提供了新策略。

　　

胰岛移植是治疗1型糖尿病(T1D)的有效手段，但面临供体短缺、免疫排斥和胰岛细胞存活率低等挑战。传统体外培养的胰岛类器官存在尺寸不均、中心坏死和功能缺陷等问题。如何构建具有稳定内分泌功能的胰岛类器官，成为再生医学领域的重大课题。

河南科技大学的研究团队在《Engineered Regeneration》发表的研究中，创新性地将微流控技术与组织工程相结合，开发了基于PEGDA水凝胶的3D微球支架平台。该系统通过单乳液微流控装置制备孔径约350 μm的均一微球支架，为胰岛前体细胞提供仿生微环境。研究采用新生乳鼠胰岛分离、钙离子成像(Flou4-AM)、葡萄糖刺激实验和肾包膜移植等关键技术，结合PI3K/Akt通路蛋白分析，系统评估了类器官的功能特性。

微球支架制备与生物相容性验证
通过疏水处理的玻璃毛细管微流控装置，以50 cs甲基硅油为内相、60% PEGDA为外相制备微球支架。MTT实验证实支架对293T细胞和原代胰岛细胞的存活率无显著影响，免疫荧光显示支架组类器官直径(约100 μm)显著小于悬浮培养组，且活细胞标记(Calcein)比例更高。

类器官活性与内分泌功能
微球支架培养的类器官高表达胰岛干细胞标志物PDX1/SOX9/NGN3，Ki67染色证实其增殖能力。葡萄糖刺激实验显示，20 mM葡萄糖下支架组胰岛素分泌量(1.571±0.2110 ng/mL)显著高于悬浮组(1.103±0.1441 ng/mL)。钙成像显示支架组对葡萄糖刺激的Ca²⁺振荡响应更敏感，证实其β细胞功能更成熟。

体内降糖效果与机制
将450-500个类器官移植至STZ诱导的糖尿病小鼠肾包膜下，30天内微球支架组(MOT)血糖降至200 mg/dL以下，显著优于悬浮移植组(SOT)。Western blot显示MOT组移植部位GLUT2/GK表达上调，骨骼肌中PI3K-p110/p-Akt/GLUT4通路激活，同时糖异生蛋白PEPCK/G6Pase下调。ELISA检测证实血浆胰岛素水平恢复，且IL-6/TNF-α等炎症因子未升高。

该研究首次证实微球支架可通过物理约束效应优化类器官尺寸，其互联孔道结构促进细胞间相互作用，使类器官具有更稳定的内分泌功能。从机制上看，移植的类器官不仅直接分泌胰岛素，还通过调控PI3K/Akt/AS160信号级联促进GLUT4膜转位，实现"双管齐下"的降糖效果。尽管存在培养基更换不完全等局限性，但这项技术为糖尿病细胞治疗提供了可标准化生产的类器官培养平台，也为研究胰岛-骨骼肌代谢对话提供了新模型。未来通过优化支架材料和血管化策略，有望进一步延长移植物的存活时间和功能维持。