三维天然生物模型助力高通量活细胞分析：线粒体氧耗对光生物调节治疗的动态响应

本研究针对光生物调节(PBM)治疗中剂量响应不一致及缺乏可靠3D体外模型的难题，开发了基于LunaGelTM水凝胶的高通量三维培养系统。研究人员通过优化人牙髓干细胞(hDPSCs)在缺氧条件下的培养体系，结合Seahorse XFe96细胞能量代谢分析技术，首次揭示了5 J/cm2 PBM照射24小时后可显著提升线粒体基础呼吸率，而15 J/cm2则抑制最大呼吸能力。该模型通过替代胎牛血清(FBS)的AB型男性人血清(HS)方案，为再生医学研究提供了更接近生理环境的标准化平台。

　　

在牙科治疗领域，光生物调节(PBM)技术因其在镇痛、抗炎和组织再生方面的潜力备受关注。然而这一技术的临床应用长期面临两大瓶颈：一是不同研究报道的线粒体激活效果存在显著差异，二是传统二维(2D)细胞模型无法模拟真实组织中的三维微环境。更棘手的是，广泛使用的胎牛血清(FBS)培养体系存在伦理争议和跨物种干扰风险，而缺氧培养条件的控制又受限于"耗氧性氧耗"(COD)现象的复杂性。

针对这些挑战，格里菲斯大学和昆士兰科技大学的研究团队创新性地构建了基于天然细胞外基质(ECM)的三维培养系统。这项发表在《Lasers in Dental Science》的研究，通过整合LunaGel^TM水凝胶技术、缺氧培养条件和人血清替代方案，首次建立了可量化分析PBM剂量效应的标准化平台。研究团队采用Seahorse XFe96细胞能量代谢分析仪监测线粒体氧耗率(OCR)，结合808 nm二极管激光照射方案，系统评估了不同基质刚度和能量密度下的生物效应。

激光能量与基质优化
通过精密功率计测定发现，培养基会吸收约19.82%的激光能量，这一数据为后续实验的剂量校正提供了关键参数。在3.5 kPa基质刚度下，LunaGel^TM展现出最佳的扩散特性与结构稳定性平衡，既能保证寡霉素等调节剂的渗透效率，又可维持hDPSCs的球形聚集体形态。

缺氧环境与血清替代
研究证实，5%氧浓度结合AB型男性人血清的培养条件，可支持hDPSCs持续三周的健康增殖。显微镜观察显示细胞保持典型梭形形态，且无污染迹象，这为消除FBS的伦理和技术障碍提供了可行方案。

PBM剂量效应解析
在3.5 kPa水凝胶体系中，5 J/cm²照射24小时后，hDPSCs的基础呼吸显著提升(P<0.05)；而15 J/cm²的急性照射则导致最大呼吸能力下降(P<0.01)。这种双向调节效应提示PBM存在剂量依赖性"窗口效应"，为临床参数选择提供了实验依据。

讨论与展望
该研究通过多学科技术整合，解决了三维培养系统中光能传输量化、氧梯度控制和代谢读数标准化等关键技术难题。特别值得注意的是，人血清替代方案不仅符合GMP标准，还避免了异种蛋白对细胞表型的干扰。研究者建议后续工作可拓展至其他波长(如660 nm)的对比研究，并探索PBM对线粒体膜电位(ΔΨm)的动态影响。这项技术框架的建立，不仅为牙髓再生研究提供了新工具，更对骨组织工程等需要精确控制机械微环境的领域具有示范意义。