超分子微凝胶封装角膜基质细胞构建生物杂化组织：一种微创治疗角膜缺损的新策略

为解决角膜缺损微创治疗中细胞递送和微环境调控的难题，荷兰埃因霍温理工大学的研究团队创新性地利用超分子微凝胶（UPy-microgels）封装角膜基质细胞（HCK/PK），通过细胞-基质相互作用自组装形成多孔支架。研究发现微凝胶的机械性能（1.25/2.5 w/v%）和生物活性（UPy-cRGD 1.5/3 mM）可调控细胞迁移、YAP核转位和ECM沉积，为角膜再生提供了可注射的模块化治疗平台。

　　

角膜作为眼睛的“透明窗口”，其损伤导致的角膜盲是全球视力障碍的主因之一。传统治疗方法如角膜移植面临供体短缺问题，而现有水凝胶疗法因大尺寸导致的营养交换受限和细胞迁移困难，难以实现微创精准修复。更棘手的是，角膜基质中的静息态角膜基质细胞（CSKs）在体外培养中易转化为纤维化表型（SFs），丧失透明基质的再生能力。如何构建既能保护细胞又允许其有序迁移的递送系统，成为再生医学领域的重大挑战。

荷兰埃因霍温理工大学（Eindhoven University of Technology）的Maritza M. Rovers团队在《Materials Today Bio》发表的研究中，提出了一种革命性的解决方案——利用脲基嘧啶酮（UPy）超分子微凝胶封装角膜细胞，通过微流控技术构建可注射的“活体乐高”。研究人员采用双功能UPy₂-PEG_10k（B型）和单功能UPy-甘氨酸（M型）单体，结合整合素结合肽UPy-cRGD，形成动态可逆的氢键网络。这种设计巧妙平衡了机械强度与生物活性：微凝胶的微小尺寸（50-100 μm）确保营养渗透，而UPy的动态键合允许细胞通过“微侵蚀”机制逃逸，自组装成具有互连孔隙的类原生基质。

研究主要采用三种关键技术：1）微流控液滴技术实现单细胞封装，通过泊松分布优化细胞负载；2）原代角膜基质细胞（PK）的双向分化模型，模拟体内静息态（CSKs）和激活态（SFs）；3）YAP核质比定量分析结合胶原VI/αSMA免疫荧光，揭示力学信号转导机制。

微凝胶组成决定细胞行为

通过调控微凝胶硬度（1.25 vs 2.5 w/v%）和UPy-cRGD浓度（1.5 vs 3 mM），发现软凝胶（1.25 w/v%）中细胞迁移更快，低RGD组（1.5 mM）因需延伸伪足促进更早组织压缩。硬凝胶（2.5 w/v%）则延缓细胞逃逸，形成更松散的结构。

力学信号通路激活

令人惊讶的是，所有组别均出现YAP核转位（核质比>1），且在21天培养中从1.2飙升至6.0。这种异常高激活可能与细胞跨越300 μm连接多个微凝胶产生的机械张力有关，远超传统水凝胶的～2.5比值。

原代细胞构建功能性组织

PKs成功分化为CSKs和SFs，前者表现出神经标志物tubulin β3阳性，印证角膜细胞的神经嵴起源；后者则分泌胶原VI并表达αSMA，形成600 μm厚的致密组织。Ki-67阳性证实核心区细胞持续增殖，而微注射实验显示0.225 mm针头通过后微凝胶形态完好（偏心率保持0.7-0.8）。

这项研究开创性地将超分子化学的“动态智能”与微流控的“精准操控”相结合，解决了角膜修复中细胞保护与功能重建的矛盾。微凝胶作为“临时避难所”，既能缓冲注射剪切力，又允许细胞按程序逃逸重建组织。特别值得注意的是，YAP信号的异常激活提示微孔隙结构可能放大力学刺激，这为理解三维微环境中的细胞力学感知提供了新视角。未来通过优化UPy-cRGD的空间分布或引入降解开关，有望实现更精准的角膜透明化调控，为百万角膜盲患者带来曙光。