3D培養技術聯合MSC提高造血干細胞體外生產血小板能力的研究

魏昌盛

摘要：血小板是人體血液內最重要的細胞之一，具有不可或缺的作用，尤其是對于患有血液類疾病的患者，更是需要輸注血小板進行治療，但目前來看，臨床上血小板供源不足，需要在人體外尋找生產血小板的方法，以此來提供充分的治療資源，保證治療效果。在本項研究中，通過查閱相關資料，并在實驗室進行實驗探究，通過統計分析所得數據，得出3D培養技術聯合MSC對造血干細胞體外生產血小板能力的影響。

關鍵字：3D培養技術、MSC、造血干細胞、體外生產、血小板

血小板是人體血液內形態最小的血細胞，但卻對人身體健康起著巨大的作用，在人體內通過粘附、聚集、釋放以及收縮功能，加快凝血過程，從而起到止血的作用。然而，當人體患有血液疾病時，使造血干細胞功能受損，從而導致血液內血小板水平迅速降低。嚴重時可引起多器官出血。目前，主要采用輸入血小板的方法來緩解病情，但臨床上還時常出現血小板供源不足、輸入血小板后患者體內出現排異反應或感染的現象。因此，尋找安全、可依賴的血小板體外來源成為目前研究的一項重點難點。在本項研究中，通過查閱相關資料，并在實驗室進行實驗探究，將3D培養技術聯合MSC應用于造血干細胞體外生產血小板中，通過統計分析所得數據，得出其對造血干細胞體外生產血小板能力的影響，現綜述如下。

一、技術簡介

1.1 傳統細胞培養技術

傳統細胞培養技術采用聚苯乙烯或玻璃作為細胞載體，將需要培養的細胞接入培養器皿中，使細胞在器皿中貼壁生長。這種培養方式雖然已經在生物學研究中有了管飯的應用，并取了了一定的成就，但二維式的生長模式不足以模擬人體內的立體環境，隨著細胞生物技術的快速向前發展，我國人民對醫療技術水平也提出了更高的要求，這種細胞培養方式已經逐漸不能滿足人們的生產需要。

1.2 3D細胞培養技術

3D培養技術是將需要培養的細胞放在接近于體內條件的培養環境中，使體內條件得到最佳的模擬狀態，并利用磁性微球載體和磁懸浮技術使貼有細胞的微球載體懸浮在培養液中，讓細胞在3D培養環境中進行分裂、分化、增殖等一系列細胞活動，這種新型培養方式打破了在細胞培養器具中進行單層細胞培養的局限性，使細胞更夠向各個方向生長拓展，可以使細胞進行量化體系生產，具有重要的生理學意義。

1.3 間充質干細胞（MSC）

間充質干細胞是一類具有自我更新能力和多項分化潛能的干細胞。是干細胞家族中非常重要的成員，屬于多功能干細胞。隨著細胞生物水平技術的不斷發展，間充質干細胞越來越受到相關研究人員的廣泛關注。尤其是它在人體外部特定環境的誘導下，可以分化出人體內不同的組織細胞，如肌肉細胞、韌帶細胞、軟骨細胞、脂肪細胞等，許多研究人員已經把它看作為種子細胞，并應用于生物細胞研究的各個領域。

1.4 3D培養技術聯合MSC

將3D培養技術與間充質干細胞聯合，有利于更好的模擬人體內環境，且間充質干細胞具有支持造血和促進造血干細胞自我更新的功能。相關研究表明，這種方式不僅能促進造血干細胞的分化和增值，也能夠幫助細胞間營養物的傳遞，使細胞生長在營養物質充足的環境中，從而達到細胞大量生產的目的，非常適合應用于造血干細胞體外生產血小板的研究中。

二、研究方法

2.1 培養方法

2.1.1 對照組

將在機體內取出的造血干細胞經過一般處理后，接入培養皿中，在幾小時后加入培養基，并立即將培養器皿放入37°C、具有一定二氧化碳濃度的恒溫培養箱中。

2.1.2 實驗組

首先處理實驗所需要的相關的生物材料，將一定量的間充質干細胞放入生物材料中進行培養。設定3D培養環境，將造血干細胞和間充質干細胞先后接入該環境中，利用磁性微球載體和磁懸浮技術使貼有細胞的微球載體懸浮在培養液中，并立即放入37°C、具有一定二氧化碳濃度的恒溫培養箱中。

兩組實驗都需要嚴格保證環境的無菌性，并定期更換培養液和細胞因子。

2.2 觀察

培養總時間為一周，在一周內要定期觀察細胞形態，細胞生長情況，并分析細胞生長能力、增值能力以及血小板聚集能力。

三、效果和價值

3.1 提高了造血干細胞活性

在實驗中，通過定期對兩組實驗的觀察，測試造血干細胞的活性，在第一天時，兩組情況就出現了較大差別，實驗組培養環境對造血干細胞有了明顯的活性激活作用，而對照組沒有太大變化，尤其是隨著時間的增加，實驗組造血干細胞的活性細胞數量具有顯著的提高。表明了3D培養技術聯合間充質干細胞的培養環境能夠顯著提高造血干細胞的活性。

3.2 促進造血干細胞增殖

開始時，兩組細胞增殖量沒有太大差異，但到第五天時，實驗組造血干細胞數量跳躍式增加，達到了較高的數量水平，到第七天更是與對照組有了顯著差異。表明了3D培養技術聯合間充質干細胞的培養環境能夠有效促進造血干細胞的增殖活動。

3.3 提高造血干細胞生產血小板能力

在開始時，兩種環境對于血小板的生長沒有特別大的作用，兩組實驗的細胞生產情況差異不大，但隨著時間的增加，3D培養技術聯合MSC的組別中，隨著造血干細胞數目逐漸上升，血小板數量也有了顯著的增加。表明了3D培養技術聯合間充質干細胞的培養環境能夠在一定程度上提高造血干細胞生產血小板能力。

3.4 提升血小板聚集功能

在實驗組中，隨著造血干細胞活性的增加、增殖能力的提升以及血小板數目的不斷增加，血小板的聚集功能也得到了大幅度提升。表明了3D培養技術聯合間充質干細胞的培養環境能夠間接提升血小板聚集功能。

四、結論

血小板在液體剪切力的作用下產生。在以往二維培養系統中，細胞之間以及細胞與基質之間的相互作用不足，影響營養攝取，信號轉導等。因此，二維培養系統無法滿足血小板的生長環境。而三維培養條件下細胞的許多生物學行為與傳統的二維培養有著很大的不同。在3D培養技術中，培養物可以在3D立體的球形環境中，向各個方向擴展，提供了對分子對細胞間相互作用的條件，使培養環境更加接近自然環境。在本項研究中，通過對兩種培養環境血小板生長能力的對比，結果顯示，雖然在開始時，兩種環境對于血小板的生長沒有特別大的作用，但隨著時間的增加，在3D培養技術聯合MSC的組別中，造血干細胞數目逐漸上升，血小板數量也有了顯著的增加。研究表明，3D培養技術聯合MSC能夠創造良好的細胞培養環境，促進造血干細胞的自我更新和增殖分化，從而提高了造血干細胞生產血小板的能力，間接提升血小板聚集功能。

綜上所述，將3D培養技術聯合間充質干細胞應用于造血干細胞生產血小板的研究中，不僅極大的提高了造血干細胞的生產能力，也為細胞培養行業提供了一個新的思路，是使體外細胞培養產業化發展的重要手段，值得在之后的研究中廣泛應用。

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