动态三维培养增强间充质基质细胞通过隧道纳米管介导的线粒体转移加速伤口愈合的机制研究

本研究针对间充质基质细胞(MSCs)在临床应用中治疗效果受限的问题，开发了基于明胶微凝胶微载体的动态三维(3D)培养系统。研究人员通过建立人脱落乳牙干细胞(SHED)的动态3D培养模型，发现该培养条件显著增强了SHED通过隧道纳米管(TNTs)介导的线粒体转移能力，促进内皮细胞血管生成，从而加速小鼠全层皮肤缺损模型的伤口愈合。该研究为优化MSCs治疗策略提供了新思路，并为线粒体移植研究奠定基础。

　　

在再生医学领域，间充质基质细胞(MSCs)因其多向分化潜能和免疫调节特性被视为治疗组织损伤的理想选择。然而传统二维(2D)培养的MSCs存在扩增效率低、干细胞特性不足等问题，严重制约其临床应用效果。如何通过优化培养条件提升MSCs的治疗潜能，成为当前研究的关键瓶颈。

针对这一挑战，第四军医大学口腔医院国家口腔疾病临床医学研究中心的研究团队创新性地将人脱落乳牙干细胞(SHED)与动态三维培养系统相结合。研究人员采用经FDA认证的3D Table Trix明胶微凝胶微载体，在搅拌式生物反应器中构建了SHED的动态3D培养体系。通过蛋白质组学分析、共培养实验和活体成像等技术，系统揭示了动态3D培养增强SHED治疗潜能的分子机制。相关研究成果发表在《Journal of Nanobiotechnology》上。

研究采用的主要技术方法包括：建立基于微载体的动态3D培养系统；通过扫描电镜和免疫荧光验证细胞形态；建立小鼠全层皮肤缺损模型评估治疗效果；采用蛋白质组学分析差异表达蛋白；通过共培养实验分析血管生成能力；利用活体成像和激光共聚焦观察隧道纳米管形成及线粒体转移。

研究结果部分：

1. 成功建立动态3D培养系统

   研究人员采用3D Table Trix微载体成功构建了SHED的动态3D培养体系。扫描电镜显示SHED能在微载体表面三维延展，细胞骨架染色证实其呈现典型的多边形三维分布形态。Ki-67染色显示3D培养显著促进SHED增殖，免疫荧光检测到IGFBP7、NESTIN和RUNX2等发育相关蛋白的表达。

2. 3DSHED微球加速伤口愈合

   在小鼠全层皮肤缺损模型中，3DSHED微球治疗组表现出更快的伤口闭合速度和更少的瘢痕形成。组织学分析显示治疗组上皮厚度减少、角质层分化增强、新生毛囊增多。免疫荧光显示CD31⁺血管数量和密度显著增加，成熟血管(CD31⁺α-SMA⁺)和新血管(CD31⁺EMCN⁺)比例提高，同时TNF-α阳性区域减少。

3. 动态3D培养增强促血管潜能

   蛋白质组分析发现3DSHED中153个蛋白上调，106个下调。GO分析显示上调蛋白富集于血管生成、细胞迁移等通路。体外实验证实3DSHED与脐静脉内皮细胞(HUVEC)共培养时，能形成更复杂的管状网络，显著提高HUVEC迁移能力。

4. 促进TNTs介导的线粒体转移

   活体成像显示3DSHED向损伤部位转移更多线粒体。共培养系统中，3DSHED形成的隧道纳米管(TNTs)长度和宽度均显著大于2DSHED组。线粒体标记实验证实3DSHED通过TNTs向HUVEC转移更多线粒体。抑制TNTs形成后，3DSHED的促血管作用明显减弱。

该研究首次阐明动态3D培养可通过增强TNTs介导的线粒体转移来提升MSCs的治疗效果。这一发现不仅为优化MSCs培养策略提供了理论依据，也为开发基于线粒体移植的新型治疗手段开辟了道路。特别值得注意的是，研究所用的3D Table Trix微载体是经中美药监部门批准的良好生产规范(GMP)级产品，具有直接的临床转化潜力。未来研究可进一步探索TNTs形成的分子调控机制，以及不同组织来源MSCs在3D培养中线粒体转移能力的差异，为精准化细胞治疗提供更多科学依据。