交替二维与三维培养技术减少胎盘间充质干细胞体积并延长其寿命的研究

这篇研究创新性地提出交替2D/3D培养策略，通过结合单层扩增（2D）和球体形成（3D）阶段，显著抑制胎盘来源间充质干细胞（MSCs）的体积增大和衰老进程。研究证实该方法能维持细胞直径≤15 μm的小型化特征（p<0.001），延缓β-半乳糖苷酶（β-gal）活性升高，并保留免疫调节功能（如IL-6抑制率达70%）。通过开发RGD修饰的藻酸盐水凝胶管（AlgTubes）技术，为规模化生产具有治疗效力的MSCs提供了新方案。

　　

背景

间充质干细胞（MSCs）因其多向分化潜能和免疫调节特性，在治疗心肌梗死、关节炎等920余种疾病中展现出巨大前景。然而传统二维（2D）刚性培养（弹性模量～100,000 kPa）导致细胞体积增大（直径>22.8 μm）、衰老标记物β-gal活性升高及功能丧失，严重影响其体内归巢能力和治疗效果。

方法

研究团队建立交替培养体系：

1. 1.

   细胞获取：采用TrypLE消化人胎盘组织，EBM-2培养基（含10% FBS）原代培养21天获得P0代MSCs，流式鉴定CD73⁺/CD90⁺/CD105⁺表型（>95%）

2. 2.

   3D优化：在超低吸附96孔板中形成25,000细胞/球的聚集体（直径443.1 μm），发现DMEM/F12+ITS无血清体系使存活率提升至98%

3. 3.

   动态转换：2D扩增后转入3D培养48-72小时，通过ImageJ量化细胞直径（公式R=2×√(S/π)）

关键发现

• •

  体积控制：3D培养使MSC直径从22.8 μm降至13.0 μm（p<0.01），小细胞（≤15 μm）比例从20%增至70%

• •

  功能维持：交替培养组P15代细胞仍能抑制巨噬细胞IL-6分泌（降幅达60%），而传统2D培养组完全丧失该功能

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  机制探索：球体培养上调STC1、TSG6等抗炎因子，下调胶原基因（COL6A3等），可能通过AP-1转录复合体介导

技术创新

研发RGD-藻酸盐管（AlgTubes）实现规模化：

1. 1.

   二乙烯砜（DVS）修饰藻酸盐，30%羟基转化为乙烯砜基团

2. 2.

   通过Michael加成反应接枝半胱氨酸-RGD肽段

3. 3.

   动态调控：添加游离RGD肽诱导细胞脱落成球，去除后重新贴壁

应用前景

该技术已用于脊髓脊膜膨出（MMC）的临床研究（CuRe试验），未来可拓展至需高剂量（10⁹细胞/人）的卒中治疗。无血清培养方案更为外泌体（EVs）生产提供符合GMP标准的平台。

局限与展望

需进一步阐明：

1. 1.

   体积缩小是否与F-actin重构导致的囊泡释放增加有关

2. 2.

   交替培养对端粒酶活性及线粒体自噬的影响

3. 3.

   AlgTubes在生物反应器中的长期扩增稳定性

这项研究为突破MSCs临床应用瓶颈提供了兼具理论基础和技术可行性的解决方案。