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为解决人脐带间充质干细胞（hUCMSCs）治疗肝衰竭时细胞质量、植入时间和疗效问题，研究人员开展基于明胶微载体（GM）构建 hUCMSCs 三维培养系统及贴片移植策略的研究，结果显示可提升治疗效果，为肝衰竭治疗提供新策略。
在医学领域，肝脏作为人体重要的代谢和解毒器官，一旦出现衰竭，情况危急且治疗棘手。目前，原位肝移植（OLT）是治疗肝衰竭唯一有效的方法，但供体器官严重短缺，只有少数患者能受益。人脐带间充质干细胞（hUCMSCs）因其具备多向分化潜能、旁分泌信号能力和免疫调节特性，成为再生医学中治疗肝衰竭的希望之星。然而，hUCMSCs 在临床应用中困难重重，比如细胞质量参差不齐、在体内植入时间短、治疗效果有限等，这些问题严重阻碍了其在肝衰竭治疗中的广泛应用。
为了攻克这些难题，来自上海东方医院（同济大学附属）的研究人员展开了深入研究。他们致力于构建一种高效的 hUCMSCs 治疗体系，期望能为急性肝衰竭患者带来新的生机。研究结果表明，基于明胶微载体（GM）的三维培养系统能显著提升 hUCMSCs 的功能，而明胶海绵贴片移植（GSPG）策略则可有效提高细胞在肝脏的植入效率和存活时间，对急性肝衰竭的治疗效果显著，这一研究成果发表在《Biomaterials》上，为肝衰竭的治疗开辟了新的方向。
在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：一是构建三维培养系统，通过调整明胶和戊二醛制备孔径 15 - 36μm 的 GM 微载体，为 hUCMSCs 创造三维培养环境；二是采用多种检测技术，如 RNA 测序（RNA-seq）、实时定量聚合酶链反应（RT-qPCR）、流式细胞术等，从基因、蛋白水平对细胞特性进行分析；三是建立动物模型，利用 Fah-/-小鼠建立急性肝损伤模型，评估不同培养方式的 hUCMSCs 治疗效果；四是实施贴片移植策略，将 GM 微载体培养的 hUCMSCs 与明胶海绵制成贴片移植到小鼠肝脏，观察细胞定植和治疗效果。
下面详细介绍研究结果：
- hUCMSCs 在 GM 微载体上的扩增：研究人员调整 GM 微载体孔径至 15 - 36μm，为 hUCMSCs 提供了类似体内的三维生长环境。hUCMSCs 在 GM 微载体上能快速黏附、增殖，且保留了间充质干细胞的特性。基因表达分析显示，3D - hUCMSCs 炎症相关基因上调，细胞周期调控基因下调，同时分泌更多生长因子和细胞因子，增殖能力强且细胞活力高，证明 GM 微载体可有效扩增 hUCMSCs 并维持其稳定特性。
- GM 微载体三维培养增强 hUCMSCs 的免疫调节特性：通过 RNA 测序对比 2D - hUCMSCs 和 3D - hUCMSCs，发现 3D 培养改变了 hUCMSCs 的基因表达，使其具有更强的免疫调节功能。KEGG 通路富集分析表明，3D - hUCMSCs 在细胞因子信号通路、细胞因子 - 细胞因子受体相互作用等免疫调节相关通路表现更活跃，同时细胞外基质（ECM）相关通路下调。这表明 GM 微载体三维培养系统为治疗炎症性疾病提供了更具潜力的 hUCMSCs 来源。
- GM 微载体三维培养系统增强 hUCMSCs 的抗氧化、抗机械损伤和旁分泌能力：在模拟氧化应激和机械应力的实验中，3D - hUCMSCs 表现出更强的抗性。经 H2O2处理后，3D - hUCMSCs 凋亡率显著低于 2D - hUCMSCs，细胞内活性氧（ROS）积累更少。在机械应力抵抗实验中，3D - hUCMSCs 经过注射器处理后存活率更高。此外，3D 培养增强了 hUCMSCs 的旁分泌功能，促进细胞间相互作用，减少细胞黏附，进一步提升了其治疗能力。
- GM 微载体三维培养的 hUCMSCs 移植可缓解小鼠肝衰竭：研究人员构建了表达荧光素酶和绿色荧光蛋白（GFP）的转基因 hUCMSCs（hUCMSCs - Luciferase - GFP，hMLG），用于追踪细胞在体内的迁移和定植。通过尾静脉注射实验发现，3D - hUCMSCs 在体内的存活效率高于 2D - hUCMSCs，但两种细胞在体内的持续时间均有限。生存曲线和血清生化分析表明，3D - hUCMSCs 治疗组小鼠的生存时间延长，肝功能指标改善。然而，尾静脉注射的细胞易被免疫系统清除，限制了治疗的可持续性。研究人员尝试多种移植策略后发现，GSPG 策略可有效延长细胞在肝脏的停留时间，提高治疗效果。
- 海绵贴片移植治疗效果的评估：研究人员使用 GSPG 策略将 3D - hUCMSCs 移植到小鼠肝脏，结果显示，明胶海绵在 12 周内被完全吸收，证明其生物相容性良好。与 2D - hUCMSCs 相比，3D - hUCMSCs 在肝脏的保留时间更长，肝功能指标改善更明显。免疫组化分析表明，3D - hUCMSCs 能有效迁移到肝脏实质，且未对周围组织产生不良影响，显示出良好的移植效果和细胞整合潜力。
- GSPG GM 微载体三维培养的 hUCMSCs 治疗急性肝衰竭的作用机制：通过对移植后小鼠肝脏组织的分析，研究人员发现，3D - hUCMSCs 治疗组小鼠肝脏中生长因子（VEGF、PDGFbb、IGF2）的 RNA 表达水平显著增加，炎症因子（TNF - α、IL - 1β、INF - γ）表达下降，免疫调节因子（IL - 10、IDO）表达上升。免疫组化分析显示，治疗组中 M2 型巨噬细胞（CD206+）表达上调，总巨噬细胞（F4/80+）水平下降。这表明细胞治疗通过免疫调节和减少肝细胞浸润促进肝脏修复。
综合研究结论和讨论部分，本研究成功构建了基于 GM 微载体的 hUCMSCs 体外三维培养系统，显著提升了 hUCMSCs 的旁分泌、免疫调节和抗机械损伤能力。通过 GSPG 策略，实现了三维培养的 hUCMSCs 在肝脏的高效植入，提高了植入效率和时间。研究证实，三维培养的 hUCMSCs 通过调节免疫细胞活性和巨噬细胞极化发挥治疗作用。虽然该研究为肝衰竭治疗提供了新策略，但在临床转化过程中仍面临挑战，如 3D - hUCMSCs 生产的标准化、GSPG 递送方法的优化以及监管和成本效益问题等。然而，这一研究成果无疑为未来肝衰竭的治疗奠定了坚实基础，有望推动 hUCMSCs 在临床治疗中的广泛应用，为众多肝衰竭患者带来新的希望。
