颗粒水凝胶基质
因微创注射能力和多孔结构，在间充质干细胞（MSC）递送和组织生长方面显示出显著优势。然而，在糖尿病微环境中，同时模拟自然细胞外基质（ECM）的纳米纤维结构并
增强干细胞保留和体内免疫调节
仍然具有挑战性。
针对此问题，
华南理工大学的陈云华以及王英俊团队
开发了一种
纳米工程化超分子颗粒水凝胶
，该水凝胶通过模拟细胞外基质的纳米纤维结构，在糖尿病微环境中
有效增强干细胞保留和调节免疫反应
。相关研究以
“Nanofibril-Structured Granular Hydrogels Harness Stem Cell Retention and Immunoregulation in Diabetic Microenvironment”
为题发表在
《ACS Nano》
上。
这篇关于纳米纤维结构颗粒水凝胶在糖尿病微环境中用于干细胞保留和免疫调节的研究论文通过模拟细胞外基质的纳米纤维结构，改善干细胞保留并调节糖尿病条件下的免疫反应。
以下是对本研究创新点的简要概述：
（1）纳米纤维结构的模拟：
设计并制备了一种纳米工程化超分子颗粒水凝胶，该水凝胶通过模拟细胞外基质（ECM）的纳米纤维结构，显著提高了干细胞的保留和体内免疫调节能力。
（2）MnO₂-AF纳米杂化物的引入：
将二氧化锰（MnO₂）-淀粉样蛋白原纤维（AF）纳米杂化物掺入水凝胶中，这些纳米杂化物能够调节活性氧（ROS）微环境，通过将H₂O₂转化为氧气，促进细胞活性和干细胞的成骨分化。
（3）优异的生物相容性和多功能性：
该水凝胶具有良好的生物相容性，支持干细胞的粘附和干性维持。此外，水凝胶还具有剪切稀化、可注射性、自愈合和3D打印等可调特性，为干细胞治疗和免疫调节提供了新的策略。
这篇文章为开发用于糖尿病条件下干细胞治疗和免疫调节的动态纳米纤维颗粒水凝胶提供了实验依据和前景展望，通过多学科交叉研究，展示了纳米技术在生物医学领域的广泛应用前景。
1. 纳米纤维结构颗粒水凝胶的设计与制备
纳米纤维结构颗粒水凝胶的设计与制备是本论文的核心内容之一。
研究者们通过模拟细胞外基质（ECM）的纳米纤维结构，开发了一种纳米工程化超分子颗粒水凝胶。该水凝胶由聚合物化二（乙二醇）甲基醚甲基丙烯酸酯（MEO₂MA）、2-（3-（6-甲基-4-氧代-1,4-二氢嘧啶-2-基）脲基）乙基甲基丙烯酸酯（UPyMA）和明胶甲基丙烯酰（GelMA）片段（称为GMU）组成。GMU水凝胶通过机械粉碎和冻干处理得到颗粒水凝胶粉末，这些粉末在吸水后迅速形成水凝胶基质。此外，研究者们还引入了二氧化锰（MnO₂）-淀粉样蛋白原纤维（AF）纳米杂化物，以增强水凝胶的纳米纤维网络结构。这种创新的设计不仅提高了水凝胶的剪切稀化、可注射性和3D打印性能，还通过调节MnO₂-AF纳米杂化物的浓度实现了精确调控。
这些特性使得纳米纤维结构颗粒水凝胶在干细胞治疗和免疫调节方面具有巨大的应用潜力。
图1 AF和MnO₂-AF纳米杂化物的结构表征
2. MnO₂-AF纳米杂化物在颗粒水凝胶中的应用
MnO₂-AF纳米杂化物在颗粒水凝胶中的应用是本研究的重要创新点之一。
研究者们将二氧化锰（MnO₂）纳米颗粒与淀粉样蛋白原纤维（AF）结合，制备了MnO₂-AF纳米杂化物。这些纳米杂化物通过物理相互作用与GMU颗粒水凝胶结合，形成了具有纳米纤维网络结构的复合水凝胶。MnO₂-AF纳米杂化物的引入显著增强了水凝胶的机械性能和稳定性，同时赋予了水凝胶调节活性氧（ROS）微环境的能力。MnO₂-AF纳米杂化物能够将H₂O₂转化为氧气，从而减少氧化应激对干细胞的影响，促进干细胞的存活和成骨分化。此外，MnO₂-AF纳米杂化物还能通过持续释放Mn²⁺离子，进一步增强干细胞的成骨分化能力。
这些结果表明，MnO₂-AF纳米杂化物在颗粒水凝胶中的应用为干细胞治疗和免疫调节提供了新的策略。
图2 GMU/MnO₂-AF颗粒水凝胶的形态和稳定性
