三维葡聚糖水凝胶调控间充质干细胞力学特性实现脾脏与肝脏靶向递送的新策略

为解决间充质干细胞(MSCs)静脉递送中因细胞刚性导致的肺毛细血管截留问题，南京医科大学附属妇产医院团队通过设计微观异质性3D葡聚糖水凝胶(HOM/HET)培养系统，成功调控hMSCs变形能力(HD/MD细胞)。研究证实：高变形性(HD)细胞更易通过肺循环靶向肝脏，中等变形性(MD)细胞倾向滞留脾脏，为器官特异性干细胞治疗提供力学调控新范式。

　　

在干细胞治疗领域，如何让静脉注射的间充质干细胞(MSCs)突破肺毛细血管的"机械筛网"屏障，有效抵达下游靶器官，一直是制约疗效的关键瓶颈。传统二维培养的MSCs因细胞骨架(F-actin)过度组装导致刚性增强，90%以上会被肺毛细血管截留。更棘手的是，不同靶器官毛细血管的力学微环境存在显著差异——脾窦内皮间隙(3-5μm)比肝血窦(2-3μm)更宽松，但现有技术缺乏精准调控细胞力学特性以实现器官选择性归巢的手段。

南京医科大学附属妇产医院的研究团队独辟蹊径，从"细胞力学编程"角度提出创新解决方案。他们设计出具有可控微观异质性的三维(3D)葡聚糖(dextran)水凝胶培养系统，通过调控交联剂簇(CLC)的分布模式，成功培育出具有梯度变形能力的间充质干细胞：高变形性(HD)细胞源自异质性(HET)水凝胶，其弹性模量(0.5±0.2 kPa)显著低于均质(HOM)水凝胶培养的中等变形性(MD)细胞(1.2±0.3 kPa)，而传统二维(2D)培养的低变形性(LD)细胞模量最高(2.8±0.4 kPa)。这种力学调控无需基因改造或特殊培养基，仅通过材料拓扑结构设计即可实现，相关成果发表在《Experimental and Molecular Pathology》。

研究团队运用原子力显微镜(AFM)定量细胞刚度，结合流式细胞术检测F-actin表达，证实HET水凝胶通过诱导细胞骨架重组实现"力学软化"。动物实验采用实时定量PCR(qPCR)检测人源Alu序列，发现HD细胞在肝脏的归巢量是MD细胞的2.3倍，而MD细胞在脾脏的滞留量比HD细胞高68%。透射电镜(TEM)直接观察到HD细胞能在肝血窦中压缩至<2μm，验证了其卓越的变形能力。

研究结果部分：

1. 水凝胶表征：通过调控单硫代甘油(0.29mM vs 0.67mM)构建HET水凝胶，其微观孔隙呈现几何畸变(图2E)，而HOM水凝胶孔隙曲率连续平滑。虽然宏观流变学性质相似(G′ 341.8 vs 373.7 Pa)，但SEM显示HET凝胶存在明显的交联剂簇(CLC)效应。

2. 细胞变形性定量：AFM检测显示细胞模量呈现LD(2D)>MD(HOM)>HD(HET)的梯度趋势(图3B)。核形态分析证实HD细胞核长宽比(AR=2.1)显著大于LD细胞(AR=1.3)，提示更易变形穿透狭小毛细血管。

3. 微循环靶向性：qPCR显示LD细胞主要滞留肺部(占比85%)，而HD/MD细胞突破肺循环后呈现器官选择性——HD细胞在肝脏的Alu信号强度比MD细胞高130%，MD细胞在脾脏的归巢量比HD细胞高58%(图5)。

讨论部分指出，这种力学编程策略创新性地利用了脾肝血管结构的天然差异：脾窦内皮间隙(3-5μm)允许MD细胞适度滞留，而HD细胞能进一步穿越更狭窄的肝血窦(2-3μm)。门静脉系统的特殊解剖结构(75%肝血供来自门静脉)强化了这种选择性分布。该研究不仅解决了MSCs肺截留难题，更开创了通过力学特性调控实现器官靶向的新维度，为肝硬化、脾功能亢进等疾病的精准细胞治疗提供了全新工具。未来可进一步探索力学信号与化学趋化因子的协同调控，优化治疗性干细胞的在体分布效能。