甲基纤维素调控脂肪干细胞球体尺寸与功能：SphereRing?系统优化及其在膝骨关节炎治疗中的应用

为解决传统脂肪干细胞(ADSC)球体培养中存在的尺寸不均、坏死核心形成及分泌功能不足等问题，研究人员通过SphereRing?系统结合甲基纤维素(MC)优化培养方案。研究发现0.75% MC可显著提升球体均匀性、细胞存活率及外泌体(Exosome)和IL-10分泌量，为膝骨关节炎(OA)的标准化细胞治疗提供新策略。

　　

膝骨关节炎(OA)是一种伴随人口老龄化加剧的退行性疾病，患者关节软骨逐渐磨损，导致慢性疼痛和行动障碍。当前临床治疗中，脂肪干细胞(ADSC)因其易获取性和强大旁分泌能力成为研究热点，而三维球体培养可进一步增强其治疗潜力。然而传统培养方法面临球体尺寸失控、核心坏死、操作繁琐等问题，严重制约临床转化。

为突破这些瓶颈，Kanazawa Medical University团队在《Biochemical Engineering Journal》发表研究，创新性地将甲基纤维素(MC)引入SphereRing?动态培养系统。这种环形培养装置通过轨道振荡防止细胞中心聚集，而MC则通过调节培养基粘度精准控制球体尺寸。研究人员采用患者来源的ADSC和商业细胞系，通过活死染色、纳米颗粒追踪分析(NTA)和ELISA等技术，系统评估了不同MC浓度(0-1%)对球体形态、存活率及分泌功能的影响。

3.1. SphereRing?系统中不同培养条件下的球体形成效率

研究发现，未添加MC的对照组球体尺寸差异显著(最大达64,000 μm2)，而0.75% MC组形成直径约200 μm的均匀球体，圆度提高30%。显微镜观察显示，MC通过抑制细胞过度融合维持球体结构完整性。

3.2. 球体尺寸分布分析

频率分布直方图证实，0.75% MC组球体面积集中在8,000-16,000 μm2区间，尺寸变异系数较对照组降低62%。这种均一性确保所有球体可通过临床注射针头(通常内径≥200 μm)。

3.3. 活死细胞染色评估球体活性

荧光染色显示，对照组球体核心出现大面积坏死(死细胞占比25%)，而0.75% MC组坏死区域<5%。这种优势在患者来源ADSC中同样显著，证明方案具有普适性。

3.4. 不同MC浓度下的外泌体与IL-10分泌分析

NTA检测显示0.75% MC组外泌体产量提升3倍(均值1.8×10¹⁰ particles/mL)，且保留典型表面标志物CD9/CD63/CD81。ELISA证实其IL-10分泌量达350 pg/mL，显著高于二维培养(150 pg/mL)。

3.7. 模拟关节腔内环境下的球体存活率

将球体浸泡于含20% OA患者滑液(SF)的溶液中4小时后，ATP检测显示0.75% MC组存活率较对照组提高40%，表明优化后的球体更适应关节腔微环境。

这项研究的突破性在于：首次阐明MC通过调节培养基流变学特性(非单纯增加粘度)优化球体形成，其机制可能涉及稳定细胞膜受体(如CD44)的相互作用。SphereRing?与MC的组合解决了临床级生产中的标准化难题，配套的300 mL袋式培养装置可实现单批次10⁸量级球体制备。未来需进一步评估MC残留对关节组织的影响，但该技术已为OA的个体化细胞治疗提供可产业化的解决方案。