功能化FN-丝蛋白网络中的3D培养促进人类原代细胞与干细胞的增殖、分化及表型稳定性

这篇研究推荐了一种基于重组功能化丝蛋白（FN-silk）的自由漂浮3D培养系统，通过整合纤连蛋白（fibronectin）细胞黏附基序，显著提升了人类间充质干细胞（hMSC）和原代肝细胞（PHH）的长期存活率与功能维持。实验证明，该体系支持hMSC的成脂分化（adipogenesis），并有效避免无支架球体的缺氧与凋亡问题，同时PHH在FN-silk网络中保持了关键的药物代谢酶（如CYP3A4）和白蛋白（ALB）分泌功能，为生理相关体外模型开发提供了创新方案。

　　

引言

细胞模型在生物医学研究中至关重要，但传统二维（2D）培养常因缺乏生理相关性导致研究瓶颈。本研究聚焦重组功能化丝蛋白（FN-silk）构建的三维（3D）网络，其整合了纤连蛋白（fibronectin）的RGD细胞黏附基序，可模拟天然细胞外基质（ECM）的力学与生化特性。

FN-silk网络的构建与特性

FN-silk通过空气-液体界面自组装形成泡沫结构，随后破裂为纤维网络（图1）。该网络具备β-折叠结构，抗降解且支持细胞黏附。优化后的96孔板方案实现了高通量培养，细胞均匀分布于网络中，形成兼具细胞-基质和细胞-细胞接触的类组织结构。

细胞形态与存活优势

人类间充质干细胞（hMSC）在FN-silk中呈现伸长形态，沿纤维生长（图2）。代谢活性检测（CellTiter-Glo 3D）显示，FN-silk培养的hMSC在3天内增殖显著，而无支架球体则因缺氧（CA9表达升高）和凋亡（CASP3上调）活性停滞。活/死染色证实FN-silk网络无坏死核心，氧扩散能力优于致密球体。

成脂分化效能

hMSC在FN-silk中经3周诱导后，油红O和BODIPY染色显示大量脂滴（图4）。定量分析显示细胞内甘油三酯（AdipoRed）和分泌型脂联素（adiponectin）水平显著提升，且成脂标志物PPARG、ADIPOQ和FABP4的mRNA表达高于2D培养。添加层粘连蛋白421（LN421）可进一步模拟脂肪ECM微环境，但非必需条件。

原代肝细胞的功能维持

原代人类肝细胞（PHH）在FN-silk中培养7天后，白蛋白（ALB）分泌稳定，药物代谢酶CYP3A4表达与球体相当，但氧敏感基因GLUL表达较低，提示FN-silk网络改善了氧合（图5）。相比之下，2D培养的PHH在24小时内即丧失功能。

结论

FN-silk网络通过提供仿生ECM支架，解决了传统3D模型的缺氧与细胞失活问题，适用于干细胞分化研究和原代细胞功能维持。其自由漂浮特性和标准化操作流程，为药物筛选和疾病建模提供了可靠平台。

（注：全文数据均基于原文实验，未添加主观推断）