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综述:光生物调节技术的进展:对间充质干细胞及其旁分泌因子的影响
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年07月11日 来源:Stem Cell Reviews and Reports 4.5
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这篇综述深入探讨了光生物调节(PBM)技术如何通过调控间充质干细胞(MSCs)的旁分泌功能(如细胞因子分泌动态、信号转导通路)增强其组织修复能力,并展望了PBM与生物材料结合在骨组织工程中的临床应用前景,为精准医学提供新策略。
Abstract
间充质干细胞(MSCs)因其卓越的组织修复能力成为生物医学工程的核心工具。光生物调节(PBM)作为一种非侵入性物理刺激技术,可显著提升MSCs的细胞活性、成骨分化及疗效。然而,PBM的临床转化仍面临挑战,包括辐照参数优化和 protocol 标准化。本文系统综述了PBM通过调控MSCs旁分泌网络(如VEGF、IGF-1分泌)影响组织再生的分子机制,并探讨了PBM与仿生支架结合在骨缺损修复中的应用潜力。
Graphical Abstract
研究揭示PBM通过激活ERK1/2和Wnt/β-catenin等通路促进MSCs旁分泌,其效应取决于波长(600-1000 nm)和能量密度(2-10 J/cm2)的精准调控。三维培养模型中,PBM联合羟基磷灰石支架可使ALP活性提升3倍,凸显其在骨再生中的协同效应。
机制解析
PBM通过线粒体细胞色素c氧化酶吸收光子,触发ROS信号级联反应。低强度激光(LLLT)可上调MSCs中HIF-1α表达,进而激活VEGF/SDF-1旁分泌轴。单细胞RNA测序显示,808 nm照射使MSCs的促修复因子分泌谱扩大2.5倍,同时下调炎症因子TNF-α。
临床转化
在临界尺寸骨缺损模型中,PBM预处理MSCs联合3D打印β-TCP支架,使新骨形成量提高40%。值得注意的是,脉冲式照射模式(50 Hz,5 ms脉宽)比连续照射更能维持细胞活性,这为个性化治疗方案设计提供了依据。
未来方向
亟待建立PBM参数数据库(包括功率密度、照射时长等),并开发智能响应型光敏支架。深度测序技术将有助于解析PBM对MSCs外泌体miRNA(如miR-21-5p)的调控规律,推动其在心肌修复等领域的应用。
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