基于明胶筛选的无外源成分三阶段分化法实现hPSCs高效定向分化为iMSCs

针对传统hPSCs向iMSCs分化方法存在纯度低、周期长等问题，研究人员开发了基于明胶黏附差异筛选的三阶段无外源分化体系。该研究通过DGEA活性基序与α2β1整合素互作机制，获得高纯度iMSCs，其转录组与组织源MSCs相似度达R2=0.88，并能显著促进小鼠股骨骨折愈合，为干细胞治疗产业化提供新方案。

　　

在再生医学领域，间充质干细胞(MSCs)因其强大的组织修复能力被誉为"万能修复工"。然而传统组织来源的MSCs面临供体差异大、扩增能力有限等瓶颈，犹如"千人千面"的细胞产品难以标准化。据统计，全球已有1700余项MSC临床试验，但截至2025年仅12款产品获批上市，凸显产业化困境。人类多能干细胞(hPSCs)分化的诱导MSCs(iMSCs)虽具突破性优势，但传统分化方法存在周期长、纯度低等痛点，好比"精米中掺杂着稗子"，严重影响临床应用。

中国科学院广州生物医药与健康研究院（广州再生医学研究中心）的研究团队在《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》发表创新成果。他们巧妙利用明胶对细胞的选择性黏附特性，开发出三阶段无外源(xeno-free)分化体系，犹如为细胞铺设"智能磁铁轨道"，高效富集目标细胞。关键技术包括：7.5% CO₂优化培养环境、明胶黏附筛选替代传统酶消化、DGEA活性基序功能验证，以及使用临床级培养基hPLWVII-BM1/FhMM03P1。

明胶筛选体系的建立
研究发现明胶涂层培养皿能特异性富集iMSCs前体细胞，纯度显著高于Matrigel等基质。通过转录组分析证实，明胶组iMSCs与脐带源MSCs相似度达R2=0.88，且CD73⁺CD90⁺CD105⁺阳性率＞95%，满足国际细胞治疗学会(ISCT)标准。

DGEA基序的机制解析
质谱分析锁定胶原蛋白中的DGEA三肽为关键活性基序，其通过结合α₂β₁整合素激活FAK-ERK信号通路。有趣的是，天然侧翼序列GPAGKDGEAGAQGPP对功能维持至关重要，人工合成该片段可替代明胶实现同等分化效率。

动物模型验证
在NOD-SCID小鼠股骨骨折模型中，明胶源iMSCs治疗组较对照组显著增加28%的骨痂体积（p＜0.01），胶原沉积增加2.3倍，Micro-CT显示骨小梁结构更致密。

这项研究开创性地将材料科学与干细胞工程交叉融合，建立的高效分化体系使iMSCs产量提升5倍、成本降低60%。特别值得注意的是，团队发现7.5% CO₂微环境通过调节pH值影响TGF-β/Smad信号通路的活性，这一发现为优化干细胞分化条件提供了新视角。研究成果不仅解决了iMSCs工业化生产的卡脖子问题，其揭示的DGEA-整合素互作机制更为设计仿生支架材料指明了方向，堪称再生医学领域从"0到1"的突破。正如讨论部分强调的，该技术已申请专利保护，为后续开展骨关节炎、脊髓损伤等适应症的临床试验奠定了坚实基础。