《Lasers in Medical Science》：Enhancing human-induced pluripotent stem cell proliferation and cardiac differentiation through 810-nm photobiomodulation
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本研究针对人诱导多能干细胞（hiPSC）向心肌细胞分化效率低、周期长的难题，开发了兼容细胞培养箱的810 nm LED光生物调节（PBM）装置，系统评估了不同光强度（1.0/1.5/2.0 mW/cm2）对hiPSC增殖与分化的影响。结果表明，1.5 mW/cm2的PBM可显著提升hiPSC的S期细胞比例和心肌分化效率，早期自发性搏动心肌细胞出现时间提前，且线粒体网络连接性增强。该研究为优化hiPSC-CMs生产提供了新技术策略，对心脏再生医学研究具有重要推动意义。
在再生医学领域，人诱导多能干细胞（hiPSC）因其能分化为多种细胞类型而成为疾病建模和药物筛选的重要工具。其中，hiPSC来源的心肌细胞（iPSC-CM）在心血管研究中的应用尤为广泛，但现有分化技术仍面临效率低、周期长、细胞功能成熟度不足等挑战。近年来，光生物调节（PBM）技术通过低能量红光或近红外光调控细胞行为，在促进干细胞增殖和定向分化方面展现出潜力，但其对hiPSC心肌分化的具体作用机制尚不明确。发表于《Lasers in Medical Science》的最新研究通过自主研发的光调控设备，系统性揭示了810 nm光照射对hiPSC命运调控的规律。
研究团队采用定制化810 nm LED阵列装置，确保96孔板各孔光照均匀性误差控制在±0.05 mW/cm2。实验选取三种辐照强度（1.0/1.5/2.0 mW/cm2）每日照射15分钟，通过CCK-8检测细胞活力，流式细胞术分析细胞周期，高分辨率呼吸测量仪（Oxygraph-2k）监测线粒体氧消耗速率（OCR）。心肌分化阶段采用CHIR99021和IWP2时序诱导方案，并通过Western blot检测心肌特异性蛋白（MYL7、TnT、MYL2）表达，共聚焦显微镜结合MitoTracker染色进行线粒体三维形态定量分析。
细胞增殖与线粒体功能
细胞活力检测显示1.0与1.5 mW/cm2组增殖显著增强（p<0.001），其中1.5 mW/cm2组S期细胞比例明显升高。线粒体功能方面，尽管基础呼吸速率无统计学差异，但PBM处理组线粒体网络连接度提升，节点度（node degree）增加提示网络重构。
心肌分化效率与功能表征
PBM处理使自发性搏动心肌细胞出现时间提前至第8-10天（对照组为第10天后），第15天时分化效率达42%。搏动频率分析显示PBM组表型异质性增强（Day 19方差检验p<0.05），表明光刺激可能促进高频搏动细胞亚群的形成。Western blot结果显示肌钙蛋白T（TnT）和线粒体复合体III表达呈上升趋势，但未达显著水平。
线粒体结构重塑
三维形态计量学发现PBM组线粒体数量减少但网络连通性增强，TMRM染色证实膜电位未受影响，说明PBM在优化线粒体网络结构的同时维持了功能完整性。
该研究证实810 nm PBM通过促进细胞周期进程和线粒体网络重构协同提升hiPSC心肌分化效率。尽管活性氧（ROS）水平未发生显著变化，但线粒体形态的动态改变可能通过能量代谢转换间接影响分化进程。研究成果为心脏细胞疗法提供了可整合于标准培养流程的光调控方案，未来需进一步探索PBM影响细胞命运的分子通路（如钙信号或线粒体DNA转录调控），以充分发挥其在组织工程中的应用潜力。
