基于微流控技術(shù)和DNA納米材料制備的載細(xì)胞微凝膠研究

急性肝功能衰竭（ALF）是一種嚴(yán)重危及生命的疾病，短期內(nèi)會(huì)導(dǎo)致大量肝細(xì)胞壞死和肝功能快速喪失，具有較高的死亡率。肝細(xì)胞移植能迅速支持肝臟生物功能并促進(jìn)肝臟再生，在ALF治療中展現(xiàn)出巨大的潛力。但目前用于肝細(xì)胞移植的細(xì)胞來源受限；此外，通過靜脈注射移植的肝細(xì)胞在體內(nèi)易被快速清除，限制了其治療效果。針對(duì)此，中山大學(xué)李明強(qiáng)和陶玉團(tuán)隊(duì)通過體外誘導(dǎo)干細(xì)胞分化獲得功能性肝細(xì)胞樣細(xì)胞，并優(yōu)化其在體內(nèi)的移植和遞送效率。

該研究采用Y形DNA納米結(jié)構(gòu)遞送microRNA-122，在體外誘導(dǎo)干細(xì)胞的定向分化和成熟。為進(jìn)一步提高細(xì)胞移植效率和治療效果，研究人員運(yùn)用液滴微流控技術(shù)制備了用于遞送肝細(xì)胞樣細(xì)胞的保護(hù)性微凝膠。研究顯示，當(dāng)這些肝細(xì)胞樣細(xì)胞與人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVECs）在微凝膠中共培養(yǎng)時(shí)，其肝功能得到顯著增強(qiáng)。將載細(xì)胞微凝膠移植到ALF小鼠體內(nèi)，可促進(jìn)肝功能的恢復(fù)和肝臟再生（圖1）。

圖1 Y-miR122誘導(dǎo)干細(xì)胞分化機(jī)制及載細(xì)胞微凝膠球體內(nèi)移植用于治療急性肝衰竭的示意圖

DNA材料具有良好的生物相容性，其序列和結(jié)構(gòu)具有高度可調(diào)控性，通過堿基互補(bǔ)配對(duì)作用可高效負(fù)載核酸藥物，提高其穩(wěn)定性和細(xì)胞攝取效率。本研究使用Y形DNA納米載體增強(qiáng)miR122的細(xì)胞內(nèi)遞送效率。如圖2所示，研究團(tuán)隊(duì)首先對(duì)Y-miR122的組裝結(jié)構(gòu)和胞內(nèi)遞送效率進(jìn)行了表征和測(cè)試，并驗(yàn)證了其在體外誘導(dǎo)干細(xì)胞肝向分化的生物功能（圖3）。

圖2 Y-miR122的制備及表征

圖3 Y-miR122在體外誘導(dǎo)干細(xì)胞的肝向分化

基于微流控技術(shù)開發(fā)的3D微凝膠細(xì)胞遞送系統(tǒng)不僅促進(jìn)了內(nèi)部細(xì)胞-細(xì)胞和細(xì)胞-基質(zhì)的相互作用，還能有效保護(hù)封裝細(xì)胞免受外界刺激損傷。當(dāng)Y-miR122誘導(dǎo)的肝細(xì)胞樣細(xì)胞與HUVECs在微凝膠中共培養(yǎng)時(shí)，肝細(xì)胞樣細(xì)胞的肝功能顯著增強(qiáng)（圖4）。

圖4 誘導(dǎo)后的肝細(xì)胞樣細(xì)胞與HUVECs在基于微流控技術(shù)開發(fā)的微凝膠球內(nèi)共培養(yǎng)

體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，載細(xì)胞微凝膠顯著降低ALF小鼠的天門冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（AST）和丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（ALT）水平，緩解小鼠的炎癥，促進(jìn)小鼠肝功能的恢復(fù)和肝臟再生（圖5、6）。進(jìn)一步對(duì)移植物進(jìn)行表征，發(fā)現(xiàn)載細(xì)胞微凝膠治療組具有最高的細(xì)胞移植效率和細(xì)胞活性（圖7）。上述結(jié)果表明，基于微流控技術(shù)開發(fā)的微凝膠可有效保護(hù)移植細(xì)胞免受氧化應(yīng)激微環(huán)境的損害，從而增強(qiáng)移植細(xì)胞在ALF治療中的效果。

圖5基于微流控技術(shù)開發(fā)的載細(xì)胞微凝膠在ALF小鼠模型中的治療效果

圖6 載細(xì)胞微凝膠移植治療可有效減輕ALF小鼠的炎癥

圖7 微凝膠包封策略對(duì)體內(nèi)移植的細(xì)胞起到保護(hù)作用

綜上所述，該研究利用DNA納米材料調(diào)控干細(xì)胞分化獲得功能性肝細(xì)胞樣細(xì)胞，并結(jié)合微流控技術(shù)對(duì)其進(jìn)行包封和遞送，用于肝衰竭治療。該研究為干細(xì)胞的定向肝分化提供了新方法，為肝衰竭的細(xì)胞治療提供了可靠的細(xì)胞來源。

審核編輯：劉清