脱细胞羊膜 + 胶原 VI 增强 iPSC 胰岛类器官存活与功能，移植快速逆转糖尿病

糖尿病是全球高发代谢疾病，cadaveric 胰岛移植虽能维持血糖稳态，但受限于供体短缺与长期免疫抑制需求。iPSC 衍生胰岛类器官(IOs)为解决供体问题提供新方向，却面临分化效率低、存活期短、功能成熟度不足及移植后定植难的关键挑战：传统 ECM 支架(如 Matrigel)成分不明且非 FDA 合规，无法有效模拟胰岛微环境;类器官易出现多激素细胞比例高、葡萄糖刺激胰岛素分泌(GSIS)功能弱等问题。脱细胞羊膜(dAM)因生物相容性好、含天然 ECM 成分，且胶原 VI(Col VI)作为胰岛微环境关键成分未被深入研究，本研究通过 dAM ECM 水凝胶与 Col VI 优化胰岛类器官，解决其存活与功能瓶颈，为糖尿病细胞治疗提供新策略。

来自中国广东省人民医院(南方医科大学)、香港大学的团队在《Cell Stem Cell》发表题为Enhanced viability and functional maturity of iPSC-derived islet organoids by collagen-VI-enriched ECM scaffolds的研究。

研究方法

iPSC 分化为胰岛类器官

分化流程：iPSC 经 5 阶段分步分化(定型内胚层→原始肠管→后前肠→胰腺祖细胞→胰岛类器官)，27 天完成，培养基添加 Activin A、CHIR99021 等因子调控 WNT/TGF-β 等通路;

支架干预：将类器官分别与 dAM ECM 水凝胶(10/20/30 μg/mL，设为 dIO-1/2/3)、空白 BME2 水凝胶(aIO，对照)共培养，或接种于 dAM sheet(脱细胞羊膜薄片);

验证：免疫荧光(INS/C - 肽 / NKX6.1 标记 β 细胞)、WB(胰腺标志物 PDX1/MAFA)、流式细胞术(β 细胞比例)。

Col VI 功能验证

体外实验：类器官与 Col VI 共培养，检测存活(活 / 死染色、ATP)、功能(GSIS、钙成像)、抗损伤能力(糖脂毒性、缺氧);

机制探究：WB 检测 PI3K/AKT 通路蛋白(p-PI3K、p-AKT)，阻断 Col VI 受体 α2β1 验证通路依赖性。

体内移植与功能评估

糖尿病模型：STZ 诱导 NOD/SCID 小鼠(血糖 > 16.7 mmol/L);

移植方案：皮下移植 aIO、dIO、aIO/dAM sheet、dIO/dAM sheet 或仿生 ECM(Col I/IV/VI + 层粘连蛋白，bIO-Col VI);

检测：血糖 / 体重监测、IPGTT(腹腔葡萄糖耐量试验)、血清人 C - 肽(ELISA)、生物发光成像(BLI，追踪类器官存活)、病理染色(CD31 标记血管生成)。

仿生 ECM 构建与人类胰岛对比

仿生支架：构建含 Col VI(bIO-Col VI)与不含 Col VI(bIO)的 ECM，检测力学性能(杨氏模量)、类器官功能;

人类胰岛对比：检测细胞组成(INS/GCG/SST 阳性比例)、GSIS、线粒体呼吸(Seahorse)、钙振荡。

实验结果

图 1：dAM ECM 水凝胶提升胰岛类器官存活与分化

该图验证 dAM 的基础作用：(A-B)分化流程与方案：iPSC 经 5 阶段分化，dAM 水凝胶包埋;(C-D)活 / 死染色：dIO 组绿色活细胞比例显著高于 aIO;(E)ATP 含量：dIO-1(10 μg/mL)随类器官直径增大仍保持高 ATP，aIO 则下降;(F-I)免疫荧光 / 流式：dIO 组 INS⁺细胞占比及 NKX6.1/C - 肽双阳性细胞增加;(J-K)WB：dIO 组胰腺标志物 FoxA2、PDX1、INS/MAFA 表达均高于 aIO。图示 dAM 水凝胶最优浓度为 10 μg/mL，可提升类器官存活与分化效率。

图 2：dAM ECM 水凝胶增强类器官功能成熟

该图聚焦功能验证：(A-B)流式分析：dIO 组单激素 INS⁺GCG⁻细胞占比升高，多激素细胞减少;(C-D)MAFA/INS 双标：dIO 组成熟 β 细胞比例增加;(E-G)GSIS：dIO-1 组 20 mM 葡萄糖刺激下胰岛素分泌量显著高于 aIO，C - 肽释放同步升高;(H-I)线粒体呼吸：dIO 组最大呼吸速率较 aIO 高;(J-K)钙成像：dIO 组高糖刺激下钙振荡幅度增加，diazoxide 可抑制;(L-M)电镜：dIO 组胰岛素颗粒数量较 aIO 多。图示 dAM 水凝胶促进类器官功能成熟，接近生理 β 细胞特性。

图 3：dAM sheet 维持类器官功能完整性

该图评估 dAM sheet 的作用：(A)dAM 表征：脱细胞后保留 ECM 结构，SEM 显示多孔利于细胞附着;(B)SEM：类器官在 dAM sheet 上形态完整，锚定良好;(C-D)TUNEL 染色：dIO/dAM sheet 组凋亡细胞比例较 dIO 低;(E-F)WB：dAM sheet 组 Bcl2(抗凋亡)、E - 钙黏附蛋白(细胞连接)升高;(G-H)GSIS：dIO/dAM sheet 组胰岛素分泌响应更持久;(I-J)缺氧耐受：dAM sheet 使缺氧环境下类器官死亡率降低;(K-L)冷冻保存：aIO/dAM sheet 解冻后死亡率显著低于 aIO。图示 dAM sheet 可增强类器官抗逆性，维持功能。

图 4：dAM sheet 促进类器官移植并逆转糖尿病

该图展示体内疗效：(A-B)实验设计：STZ 小鼠移植后监测 3 个月;(C-D)血糖 / 体重：dIO/dAM sheet 组血糖恢复正常更快，体重增加;(E)normoglycemia 比例：dIO/dAM sheet 组达 100%;(F)IPGTT：dIO/dAM sheet 组血糖清除速率接近正常小鼠;(G)血清 C - 肽：dIO/dAM sheet 组 fasting C - 肽显著高于 aIO;(H)移植物切除：切除后血糖骤升，证实类器官介导血糖控制;(I-J)BLI：dIO/dAM sheet 组信号强度是 aIO 的 3 倍，存活更久;(K-L)TUNEL：移植物凋亡细胞减少;(M-N)免疫染色：HNA/C - 肽双阳性细胞证实人类 β 细胞存活，CD31⁺血管密度增加。图示 dAM sheet 显著提升移植效果，快速逆转糖尿病。

图 5：Col VI 维持类器官存活与功能

该图解析 Col VI 的作用：(A-B)蛋白质组：dAM 与胰腺脱细胞 ECM(dpECM)共有的 top8 蛋白含 Col VI;(C-D)免疫染色：小鼠胰腺与羊膜均表达 Col VI;(E-F)长期培养：Col VI 组 8 周后死亡率显著低于对照组;(G)GSIS：Col VI 组 20 mM 葡萄糖刺激下 C - 肽分泌增加;(H)钙成像：Col VI 组钙响应幅度增加;(I-J)糖脂毒性：Col VI 组存活率提高;(K-M)机制：Col VI 激活 PI3K/AKT 通路，p-AKT 升高，E - 钙黏附蛋白上调。图示 Col VI 是 dAM 发挥作用的核心成分，通过 PI3K/AKT 通路增强类器官存活与功能。

图 6：Col VI 增强仿生 ECM 的生理特性

该图验证仿生支架：(A)支架设计：bIO(Col I/IV + 层粘连蛋白)与 bIO-Col VI(加 Col VI);(B-C)力学性能：bIO-Col VI 杨氏模量接近 dAM，利于细胞附着;(D-E)活 / 死 / 免疫染色：bIO-Col VI 存活高，INS⁺细胞占 45%;(F-G)GSIS：bIO-Col VI 胰岛素分泌是 bIO 的 1.8 倍，胰高血糖素分泌无差异;(H-I)BLI：bIO-Col VI 移植后信号强度是 bIO 的 2.2 倍;(J-L)体内功能：bIO-Col VI 组血糖 7 天恢复，IPGTT 清除快，血清 C - 肽高。图示 Col VI 是仿生 ECM 的关键成分，提升移植疗效。

图 7：优化类器官与人类胰岛功能接近

该图对比人类胰岛：(A)免疫染色：dIO/dAM sheet 与 bIO-Col VI 的 INS/GCG/SST 分布类似人类胰岛;(B)细胞组成：INS⁺细胞 40%-50%(人类胰岛 55%-65%)，GCG⁺细胞 10%-21%(人类 20%-30%);(C-D)动态 GSIS：优化类器官与人类胰岛均在 5 mM 葡萄糖触发分泌，人类胰岛峰值更显著;(E-F)线粒体呼吸：优化类器官基础 OCR 与人类胰岛相当;(G-H)钙振荡：两者高糖刺激下钙响应幅度接近，diazoxide 可抑制;(I)电镜：均可见胰岛素颗粒与血管结构;(J-L)体内移植：优化类器官 2 个月内实现 normoglycemia，血糖清除略慢于人类胰岛，但 C - 肽分泌达标。图示优化类器官在细胞组成与功能上接近人类胰岛，具备临床转化潜力。

全文总结

本研究由中国广东省人民医院与香港大学团队开展，在《Cell Stem Cell》(2025，Vol.32)发表成果，核心是通过脱细胞羊膜(dAM)ECM 水凝胶、dAM sheet 及胶原 VI(Col VI)优化 iPSC 衍生胰岛类器官：dAM ECM 水凝胶(10 μg/mL 最优)提升类器官存活(存活率 + 40%)与 β 细胞分化(INS⁺细胞达 40%-50%)，dAM sheet 增强类器官抗缺氧 / 冷冻能力并促进移植后血管生成(CD31⁺血管密度 + 70%)，使 STZ 糖尿病小鼠 7 天恢复血糖;Col VI 作为核心成分，通过 α2β1-PI3K/AKT 通路增强类器官功能(GSIS+50%)与抗损伤能力;构建的含 Col VI 仿生 ECM(bIO-Col VI)类器官在细胞组成、GSIS 等方面接近人类胰岛，皮下移植可有效逆转糖尿病。研究解决了 iPSC 胰岛类器官存活与功能瓶颈，为糖尿病细胞治疗提供 “高效分化 - 高存活移植 - 功能贴近天然胰岛” 的方案，局限性在于类器官存在批次差异、未单独评估 β 细胞功能及长期免疫排斥问题，未来需优化分化方案并结合免疫屏蔽技术。