康奈尔大学马明林教授Nature子刊：加速O2扩散的仿生支架—的细胞封装系统的快速氧化

通讯作者：马明林

通讯单位：康奈尔大学

细胞封装是一种具有治疗多种疾病(包括I型糖尿病)潜力的疗法。O2供应是细胞封装的主要限制因素，尤其是对于具有高O2消耗率的细胞，如胰岛。但是，通过O2溶解性差的水凝胶封装细胞会导致细胞氧(O2)从移植部位输送极其缓慢。氧合不足是细胞封装遇到的最主要挑战。

受昆虫的天然的O2输送系统的启发，康奈尔大学马明林教授课题组提出了一种仿生支架(SONIC)的设计，该支架具有内部连续空气通道，其O2扩散率比水凝胶高10,000倍。可将O2快速输送到水凝胶封装的细胞。相关工作以“A bioinspired scaffold for rapid oxygenation of cell encapsulation systems”为题发表在Nature Communications上。

图1.仿生SONIC支架的设计和制造。

要点1. SONIC支架由疏水性含氟聚合物PVDF-HFP组成，内部连续空气通道由相分离过程创建。将亲水性聚多巴胺涂层应用于支架表面，以在疏水性SONIC支架和亲水性水凝胶之间提供相容的界面，同时保持内部疏水性以避免水渗透到空气通道中，这被证实是实现支架高O2渗透性的必要条件。最后，藻酸盐水凝胶相与SONIC支架的骨架互锁，以防止在移植装置的取出过程中水凝胶脱离。

要点2. 将支架整合到含有细胞的大块水凝胶中，这有助于通过整个系统将O2快速传输到距离设备-宿主边界几毫米的细胞。

要点3. 通过体外分析验证的计算模型预测，将此支架并入含有胰岛的散装水凝胶(SONIC装置)，即使在厚(6.6毫米)的装置中，细胞和胰岛也能保持高活力和强大的功能。最后，研究结果证明，该装置使用大鼠胰岛可纠正免疫活性小鼠的糖尿病超6个月。

图2. SONIC设备的制造和表征。

图3. 通过SONIC支架的快速O2传输特征。

图4. 用于提供临床相关胰岛剂量的SONIC螺旋装置的计算探索。

链接：https://doi.org/10.1038/s41467-021-26126-w