基于细胞尺寸的微流控分选技术揭示牙髓间充质干细胞功能异质性及其临床应用潜力

为解决牙髓间充质干细胞(DPMSCs)体外扩增后功能异质性导致的疗效不一致问题，南昌大学第一附属医院团队通过高通量微流控分选技术，首次实现基于细胞尺寸的无标记分选，发现大尺寸亚群(DPMSC-L)具有更强的成骨/软骨分化能力和免疫调节功能，转录组分析揭示其独特基因表达谱。该研究为临床规模化生产功能特化的DPMSCs亚群提供了创新策略，发表于《Journal of Biological Engineering》。

　　

在再生医学领域，牙髓间充质干细胞(Dental pulp-derived mesenchymal stromal cells, DPMSCs)因其易获取、增殖快和伦理优势备受关注。然而，体外扩增过程中产生的功能异质性严重制约其临床疗效的稳定性。传统基于表面标记的荧光激活细胞分选(FACS)技术存在成本高、通量低等局限，而生物物理特性与干细胞功能的关联性为突破这一瓶颈提供了新思路。

南昌大学第一附属医院呼吸疾病研究所的Yiyue Jiang、Zheng Zhang等研究人员在《Journal of Biological Engineering》发表重要研究，首次将Dean流分馏(Dean flow fractionation, DFF)微流控技术应用于DPMSCs亚群分选。通过成人第三磨牙来源的DPMSCs，团队成功分离出14.3-20.5μm四个尺寸亚群，发现中等尺寸亚群(15.2-18.6μm)克隆形成效率最高，而大尺寸亚群(18.6-20.5μm)不仅表现出更强的成骨/软骨分化能力，还能显著抑制T细胞增殖并逆转巨噬细胞M1极化。转录组分析进一步揭示，随着细胞尺寸增大，免疫反应、钙信号和ECM-受体相互作用通路基因表达上调，为功能异质性提供了分子解释。

关键技术方法包括：1) 使用梯形截面螺旋微流控芯片实现高通量分选(每分钟处理百万级细胞)；2) 多组学验证(流式细胞术、qPCR、RNA-seq)；3) 功能评估体系(三系分化、T细胞抑制实验、THP-1巨噬细胞共培养模型)；4) 图像算法定量(自动测量软骨 pellets尺寸和染色强度)。

研究结果呈现四大发现：
细胞尺寸分选：通过三级分选流程(流速3→2.5→2 mL/min梯度降低)获得S1-S4亚群，平均直径差异达1.5-3μm，累积回收率82.6%。
功能异质性：S4亚群Alizarin Red染色浓度较未分选群体提高2.1倍，软骨 pellets增大1.8倍；在1:10 PBMCs共培养中使T细胞增殖指数(TPI)降低37%。
免疫调节优势：S4与M0巨噬细胞共培养时，CD86⁺细胞比例较对照组下降52%，显著高于其他亚群。
分子机制：RNA-seq显示S4特异性上调LINC02541(12倍)、FOXI1等基因，KEGG分析揭示其富集HIF-1α信号和钙调蛋白通路。

讨论部分指出，该研究首次证实DPMSCs尺寸与功能的正相关性不同于既往骨髓MSCs(BMSCs)研究结论——后者中尺寸亚群软骨分化最强。这种组织特异性提示微环境可能调控尺寸-功能关联。值得注意的是，虽然大尺寸亚群增殖能力较弱，但其在免疫调节方面的卓越表现(尤其对T细胞和巨噬细胞的双重调控)使其成为炎症性疾病治疗的理想选择。研究者提出的"分选-扩增"策略，通过将微流控技术与自动化生物反应器整合，有望实现临床级DPMSCs亚群生产，解决传统分选技术难以规模化应用的难题。

这项研究的意义在于：1) 建立了首个DPMSCs尺寸-功能图谱；2) 开发了适用于临床转化的无标记分选方案；3) 为"精准化"干细胞治疗提供了新范式——针对骨修复选择S4亚群，而组织再生可能需要S2/S3亚群。未来研究可进一步探索MCAM、JAG等生物标志物与细胞尺寸的协同筛选策略，并开展大型动物实验验证治疗效果。