Ferrostatin-1 助力 3D 打印组织工程气管上皮化：打破修复困境的新希望

《Stem Cell Research & Therapy》：Ferrostatin-1 inhibits tracheal basal cell ferroptosis to facilitate the rapid epithelization of 3D-printed tissue-engineered tracheas

　　

气管修复的挑战与探索：Ferrostatin-1 带来新曙光

在医学领域，气管疾病如肿瘤、狭窄、创伤等给患者带来极大痛苦。传统手术方式，像气管切除和端端吻合术，常因吻合口张力过大引发吻合口瘘、气管破裂等并发症 。组织工程气管（TET）作为新兴替代疗法，是将生物相容性良好的支架材料与种子细胞结合，为气管修复带来了希望。然而，TET 术后上皮再生缓慢，增加了感染、肉芽组织形成和早期阻塞的风险，严重阻碍了其临床应用。

气管基底细胞（TBCs）作为 TET 上皮化的理想种子细胞，具有多向分化潜能，能分化为纤毛细胞和杯状细胞，且对支架材料有很强的适应性，可促进上皮化和组织整合。但 TBCs 在体外增殖能力有限，表型不稳定，获取足够数量的活细胞用于高效快速的上皮化成为难题。此前研究虽尝试用 3T3-J2 细胞来源的外泌体共培养来提升 TBCs 增殖能力，但该方法操作复杂、成本高昂，难以大规模应用。

在此背景下，上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们聚焦于铁死亡这一细胞死亡形式，探索其对 TBCs 增殖的影响，并评估 Ferrostatin-1（FER-1）这一铁死亡抑制剂能否促进 TBCs 增殖，加速 TET 上皮化，相关成果发表在《Stem Cell Research 》。

关键技术方法

研究人员采用了多种关键技术方法。在细胞研究方面，通过免疫荧光染色鉴定 TBCs 纯度；利用 RNA 测序（RNA-seq）分析基因表达变化；运用 Western blotting 检测铁死亡相关蛋白表达。在动物实验中，构建兔气管上皮损伤模型，植入 3D 打印的聚己内酯（PCL）支架，并对术后组织进行苏木精 - 伊红（H&E）染色和免疫荧光染色观察。

研究结果

1. TBCs 的铁死亡现象：研究发现，与第 0 代 TBCs 相比，第 2 代（P2）TBCs 出现广泛空泡化，增殖能力下降，细胞内 Fe²⁺积累、活性氧（ROS）含量增加、ATP 含量减少，同时谷胱甘肽过氧化物酶 4（GPX4）、铁蛋白重链（FTH）和 xCT 表达降低，表明 P2 组 TBCs 发生了铁死亡。

2. FER-1 缓解 TBCs 铁死亡：FER-1 处理后，P2 + FER-1、P3 + FER-1 和 P5 + FER-1 组 TBCs 的 ROS 和 Fe²⁺积累减少，ATP 含量增加，细胞空泡数量减少，线粒体嵴增多。Western blotting 结果显示，FER-1 处理后，相关铁死亡调控蛋白表达改变，表明 FER-1 抑制了 TBCs 的铁死亡。

3. FER-1 促进 TBCs 增殖和减少凋亡：FER-1 处理 48 小时后，P2 + FER-1、P3 + FER-1 和 P5 + FER-1 组细胞增殖能力增强，凋亡细胞百分比降低，说明 FER-1 能有效促进 TBCs 增殖，减少细胞凋亡。

4. PCL 支架的制备和细胞接种：研究人员精心设计并 3D 打印了与 4 月龄新西兰白兔气管尺寸相近的 PCL 支架，其结构和性能满足气管植入要求。经 FER-1 处理的 P5 + FER-1 组 TBCs 数量和活力足够用于支架接种，接种后细胞在支架上黏附良好。

5. 体内实验效果：在兔气管上皮损伤模型中，植入 P5 + FER-1 组细胞接种支架后，6 个月观察发现气管再上皮化良好，无明显气管狭窄，免疫荧光染色也证实了再上皮化的发生。

研究结论与意义

该研究表明，FER-1 能有效抑制 TBCs 的铁死亡，促进其增殖和活力，加速 TET 上皮化，减少肉芽组织形成，为改善气管重建效果、降低术后并发症提供了新策略。这一发现不仅揭示了铁死亡在 TBCs 中的重要作用，还为气管组织工程提供了一种高效、经济且易于应用的体外培养 TBCs 的方法。

然而，研究也存在一些局限性，如未深入探究细胞迁移的分子机制和相关信号通路，兔模型与人类患者存在差异，且未设置仅含 Matrigel 的对照组。未来研究可针对这些不足进一步探索，有望为气管疾病的治疗带来更显著的突破，推动气管组织工程领域的发展，为更多患者带来福音。