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为解决传统间充质干细胞（MSCs）来源受限及诱导多能干细胞（iPSCs）分化为 MSCs 时存在的问题，研究人员开展利用明胶微粒（GelMPs）序贯递送生长因子（GFs）诱导 iPSCs 分化为 MSCs 的研究，结果显示该方法可高效诱导分化，意义重大。
在再生医学领域，间充质干细胞（MSCs）因其具有多能性和旁分泌作用，成为极具价值的细胞来源，被广泛应用于超过 1300 项临床试验中。然而，传统的成人来源 MSCs 存在诸多限制，比如增殖能力受限、供应不足、供体差异大以及细胞来源不一致等问题 。为了突破这些困境，科研人员将目光投向了诱导多能干细胞（iPSCs），iPSCs 拥有无限的增殖潜能，理论上能够分化为多种细胞类型，有望成为可靠的 MSCs 来源。
此前，已有多种方法尝试将 iPSCs 分化为 MSCs，像使用小鼠 OP9 细胞，再分选 CD73+细胞并在 MSC 培养基中培养的方法，虽有一定选择性，但存在小鼠细胞污染风险，还涉及胚胎干细胞相关的伦理问题。利用各种生长因子（GFs）、小分子或基因工程手段也能诱导分化，但 2D 培养方法在可扩展性上表现不佳，需要大量 GFs，且精确控制 GFs 的呈现时间和顺序较为困难。而 3D 培养环境虽更接近体内真实情况，有助于细胞生长和发育，却面临 GFs 在细胞球内分布不均、扩散受限的难题，容易导致细胞群体异质性增加，还需要持续补充 GFs，严重限制了其规模化应用。
在这样的背景下，为了开发出一种更优的从 iPSCs 生成 MSCs 的方法，来自未知研究机构的科研人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《BIOMATERIALS RESEARCH》上，这项研究意义非凡，有望为再生医学领域带来新的突破和发展。
在本次研究中，科研人员采用了多种关键技术方法。在细胞培养方面，对人 iPSCs 进行 2D 和 3D 培养，构建不同的细胞培养模型 。通过水 - 油乳液法制备明胶微粒（GelMPs），并对其进行表征分析，确定其物理性质和降解特性 。运用免疫染色、RNA 分离及 qPCR 分析、Western blot 分析、FACS 分析等多种检测技术，从基因和蛋白水平对细胞分化过程进行监测和评估 。
研究人员首先探究了在 2D 培养条件下，不同 GFs、浓度及孵育时间对 iPSCs 分化的影响。结果发现，50 ng/ml 的 BMP4 孵育 4 天能最有效地诱导中胚层形成，在此基础上，20 ng/ml 的 FGF2 孵育 7 天可显著促进 MSCs 相关标记物的表达。确定了 2D 培养的最佳条件后，研究人员进一步研究 3D 培养中细胞球大小对分化的影响。通过调整细胞接种密度获得不同直径的胚胎体（EBs），qPCR 分析显示，200 μm 的 EBs 在促进中胚层分化方面效果最佳。
接着，研究人员制备了具有不同降解速率的 GelMPs，用于序贯递送 GFs。扫描电子显微镜分析表明，快速降解的 GelMPs 平均直径为 14.68 ± 4.17 μm，慢速降解的为 16.199 ± 4.44 μm。免疫荧光成像证实了 GFs 成功与 GelMPs 结合，降解实验和 GF 释放实验显示，快速降解的 GelMPs 在 4 - 5 天内降解并释放 BMP4，慢速降解的 GelMPs 在 10 - 11 天内降解并释放 FGF2。
将 GelMPs 应用于 3D 细胞球培养后，研究发现，与未处理的细胞球和仅添加可溶性 GFs 的细胞球相比，添加 GelMPs 的细胞球活力更高，死细胞数量减少。在 iPSCs 向 iMSCs 的分化过程中，无论是基因水平还是蛋白水平，添加 GelMP - GF 的细胞球中中胚层和 MSCs 标记物的表达均高于其他组，且 MP - 结合的 GFs 在促进 MSC 分化方面比可溶性 GFs 更有效。
最后，研究人员对 3D 培养获得的 iMSCs 进行了全面评估。FACS 分析显示，iMSCs 表面高表达 CD73、CD90 和 CD44 等标记物，且不表达造血标记物 CD34 和 CD45，表明分化成功。qPCR、Western blot 和组织学分析证实 iMSCs 具有多向分化能力，能够向脂肪、软骨和骨细胞方向分化。与成人来源的 MSCs 相比，iMSCs 增殖能力更强，衰老程度更低，且经过 5 次传代后基因稳定，无染色体异常。
综上所述，本研究成功开发了一种创新的一步法 3D 细胞球培养系统，利用可降解的 GelMPs 实现了对 GFs 的精准递送。这种方法能够有效促进 iPSCs 向 iMSCs 的分化，同时避免了细胞球内坏死区域的形成，为大规模生产 iMSCs 提供了一种简单有效的途径。该研究成果在再生医学领域具有巨大的应用潜力，有望推动相关疾病治疗的发展。不过，研究也存在一定局限性，比如仅使用了一种 iPSC 细胞系，未来可通过测试多种 iPSC 细胞系，以及结合新兴技术，如氧纳米气泡、3D 打印、智能生物材料等，进一步优化该分化系统，提升其效率、可扩展性和适用性，为再生医学带来更多可能。
