不光免疫隔离！藻酸-明胶水凝胶靠“应力松弛”唤醒胰岛细胞

1型糖尿病（T1D）是自身免疫破坏β细胞导致内源胰岛素缺失的慢性病，胰岛移植是最具前景的替代疗法，但临床受限于免疫排斥与移植物体内失活。将胰岛细胞封装于水凝胶是热门方向，然而现有研究多聚焦水凝胶的免疫隔离与生物相容性形貌调控，严重忽视其机械属性（刚度、应力松弛、黏弹性）对β细胞行为的主导作用——天然胰腺基质刚度约1–10 kPa，且细胞可通过机械感受通路响应基质弛豫速率。另一方面，富血小板血浆（PRP）含PDGF/VEGF/IGF-1/EGF等修复因子，但激活后生长因子爆释、液态易流失，直接应用受限。本研究假设：通过调节海藻酸钠分子量+明胶复合，可制备刚度梯度Alg-Gel水凝胶，其中中刚度（MHG, 4.21 kPa）具快速应力松弛（t₁/₂≈60 s）以模拟原生胰岛力学；再载入PRP，利用Ca²⁺同时作交联剂与PRP纤维蛋白稳定剂，实现生长因子缓释。力学信号经PI3K-Akt/Wnt、生化信号经PI3K-Akt/mTOR，双轴协同提升β细胞存活、GSIS功能与体内耐免疫能力，为胰岛细胞治疗提供“生物力学+生化营养”新范式。

图1.Alg-Gel水凝胶制备与基础理化表征

以低/中/高黏度海藻酸钠+明胶经CaCO₃/GDL缓释Ca²⁺离子交联，得LHG(1.98 kPa)/MHG(4.21 kPa)/HHG(22.98 kPa)。FTIR示Ca²⁺与藻酸羧基配位红移、酰胺I带1635→1626 cm⁻¹证氢键增强；XPS中O1s结合能升1.3 eV印证羧酸钙络合。SEM见黏度↑→孔密（84.8→42 μm）、孔隙率降（54.9%→17.2%）；5 h达溶胀平衡（241%→136%）；30天降解LHG/MHG>60%、HHG~40%。基础物性确立“黏度调链长+Ca²⁺调交联密度”的刚度可控路线。

图2.力学刚度、应力松弛与细胞存活筛选

Young’s模量随黏度递增（1.98/4.21/22.98 kPa），MHG落于天然胰腺1–10 kPa窗口；流变显示MHG具剪切稀化（可注射），LHG链缠结弱。应力松弛测试（LHG过稀不可测）：HHG t₁/₂=2354 s（近静态刚硬），MHG t₁/₂=59.85 s（快速耗能），适配细胞扩张迁移。CCK-8/Live-Dead染色示INS-1在MHG内存活率最高，转录组证MHG特异富集PI3K-Akt与Wnt通路（Akt1/Bcl-2/β-catenin/C-myc上调），HHG则引发代谢应激。确定MHG为最优力学微环境。

图3.PRP在MHG中的缓释行为与体外细胞功能

MHG网络+Ca²⁺双重作用稳定PRP纤维蛋白，IGF-1/VEGF/PDGF/EGF释放曲线较裸PRP显著拉长（协同包埋+Ca²⁺空间激活）。7天共培养MHG@PRP细胞存活>90%；共聚焦见INS-1在MHG@PRP中3D分布更匀、增殖更旺。GSIS实验：自由INS-1基础/刺激分泌高，MHG/cells略降，而MHG@PRP/cells在2.2 mmol/L与16.7 mmol/L葡萄糖下胰岛素分泌均反超自由细胞组，证PRP补偿封装损耗并优化β细胞生理状态。

图4. STZ糖尿病小鼠网膜移植降糖疗效

STZ诱导糖尿病鼠随机：裸细胞组（短暂降糖后排斥，IL-2/IL-6/TNF-α升高）、MHG@PRP/cells组（网膜囊移植）。后者30天维持正常血糖、体重稳定、炎症因子低；IPGTT示16 h禁食后糖清除接近健康鼠（15 min达峰、120 min回基线），AUC显著低于移植前。裸细胞组急性排斥伴胰岛形态破坏，MHG@PRP组移植物边界清晰、淋巴细胞极少。体内证“快速弛豫封装+PRP”可替代部分免疫抑制功能。

本研究通过海藻酸钠分子量+明胶复合+Ca²⁺离子交联，构建刚度梯度Alg-Gel水凝胶，锁定中刚度MHG（4.21 kPa，t₁/₂≈60 s）模拟原生胰岛快速应力松弛，激活PI3K-Akt/Wnt促INS-1存活与功能；进一步共载PRP，借Ca²⁺稳定纤维蛋白实现生长因子缓释，经PI3K-Akt/mTOR轴提升细胞活力与GSIS。STZ糖尿病鼠网膜移植MHG@PRP/INS-1可维持30天正常血糖、IPGTT接近健康鼠、炎症低、移植物形态完整；皮下实验另证促血管（CD31↑）、M2极化、可降解。该“力学微环境+生化营养”双信号协同范式，超越传统单一免疫隔离思维，为1型糖尿病胰岛细胞治疗提供了可注射、无氟、低免疫原性的水凝胶设计新路径。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cclet.2025.112128