3D培養(yǎng)技術(shù)聯(lián)合MSC提高造血干細胞體外生產(chǎn)血小板能力的研究

魏昌盛

摘要：血小板是人體血液內(nèi)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(chǎn)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(guān)資料，并在實驗室進行實驗探究，通過統(tǒng)計分析所得數(shù)據(jù)，得出3D培養(yǎng)技術(shù)聯(lián)合MSC對造血干細胞體外生產(chǎn)血小板能力的影響。

關(guān)鍵字：3D培養(yǎng)技術(shù)、MSC、造血干細胞、體外生產(chǎn)、血小板

血小板是人體血液內(nèi)形態(tài)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(nèi)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(dāng)人體患有血液疾病時，使造血干細胞功能受損，從而導(dǎo)致血液內(nèi)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(xiàn)血小板供源不足、輸入血小板后患者體內(nèi)出現(xiàn)排異反應(yīng)或感染的現(xiàn)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(guān)資料，并在實驗室進行實驗探究，將3D培養(yǎng)技術(shù)聯(lián)合MSC應(yīng)用于造血干細胞體外生產(chǎn)血小板中，通過統(tǒng)計分析所得數(shù)據(jù)，得出其對造血干細胞體外生產(chǎn)血小板能力的影響，現(xiàn)綜述如下。

一、技術(shù)簡介

1.1 傳統(tǒng)細胞培養(yǎng)技術(shù)

傳統(tǒng)細胞培養(yǎng)技術(shù)采用聚苯乙烯或玻璃作為細胞載體，將需要培養(yǎng)的細胞接入培養(yǎng)器皿中，使細胞在器皿中貼壁生長。這種培養(yǎng)方式雖然已經(jīng)在生物學(xué)研究中有了管飯的應(yīng)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(nèi)的立體環(huán)境，隨著細胞生物技術(shù)的快速向前發(fā)展，我國人民對醫(yī)療技術(shù)水平也提出了更高的要求，這種細胞培養(yǎng)方式已經(jīng)逐漸不能滿足人們的生產(chǎn)需要。

1.2 3D細胞培養(yǎng)技術(shù)

3D培養(yǎng)技術(shù)是將需要培養(yǎng)的細胞放在接近于體內(nèi)條件的培養(yǎng)環(huán)境中，使體內(nèi)條件得到最佳的模擬狀態(tài)，并利用磁性微球載體和磁懸浮技術(shù)使貼有細胞的微球載體懸浮在培養(yǎng)液中，讓細胞在3D培養(yǎng)環(huán)境中進行分裂、分化、增殖等一系列細胞活動，這種新型培養(yǎng)方式打破了在細胞培養(yǎng)器具中進行單層細胞培養(yǎng)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(chǎn)，具有重要的生理學(xué)意義。

1.3 間充質(zhì)干細胞（MSC）

間充質(zhì)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(shù)的不斷發(fā)展，間充質(zhì)干細胞越來越受到相關(guān)研究人員的廣泛關(guān)注。尤其是它在人體外部特定環(huán)境的誘導(dǎo)下，可以分化出人體內(nèi)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(jīng)把它看作為種子細胞，并應(yīng)用于生物細胞研究的各個領(lǐng)域。

1.4 3D培養(yǎng)技術(shù)聯(lián)合MSC

將3D培養(yǎng)技術(shù)與間充質(zhì)干細胞聯(lián)合，有利于更好的模擬人體內(nèi)環(huán)境，且間充質(zhì)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(guān)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(yǎng)物的傳遞，使細胞生長在營養(yǎng)物質(zhì)充足的環(huán)境中，從而達到細胞大量生產(chǎn)的目的，非常適合應(yīng)用于造血干細胞體外生產(chǎn)血小板的研究中。

二、研究方法

2.1 培養(yǎng)方法

2.1.1 對照組

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

2.1.2 實驗組

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

兩組實驗都需要嚴格保證環(huán)境的無菌性，并定期更換培養(yǎng)液和細胞因子。

2.2 觀察

培養(yǎng)總時間為一周，在一周內(nèi)要定期觀察細胞形態(tài)，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(xiàn)了較大差別，實驗組培養(yǎng)環(huán)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(shù)量具有顯著的提高。表明了3D培養(yǎng)技術(shù)聯(lián)合間充質(zhì)干細胞的培養(yǎng)環(huán)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(shù)量跳躍式增加，達到了較高的數(shù)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(yǎng)技術(shù)聯(lián)合間充質(zhì)干細胞的培養(yǎng)環(huán)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(chǎn)血小板能力

在開始時，兩種環(huán)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(chǎn)情況差異不大，但隨著時間的增加，3D培養(yǎng)技術(shù)聯(lián)合MSC的組別中，隨著造血干細胞數(shù)目逐漸上升，血小板數(shù)量也有了顯著的增加。表明了3D培養(yǎng)技術(shù)聯(lián)合間充質(zhì)干細胞的培養(yǎng)環(huán)境能夠在一定程度上提高造血干細胞生產(chǎn)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(shù)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(yǎng)技術(shù)聯(lián)合間充質(zhì)干細胞的培養(yǎng)環(huán)境能夠間接提升血小板聚集功能。

四、結(jié)論

血小板在液體剪切力的作用下產(chǎn)生。在以往二維培養(yǎng)系統(tǒng)中，細胞之間以及細胞與基質(zhì)之間的相互作用不足，影響營養(yǎng)攝取，信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等。因此，二維培養(yǎng)系統(tǒng)無法滿足血小板的生長環(huán)境。而三維培養(yǎng)條件下細胞的許多生物學(xué)行為與傳統(tǒng)的二維培養(yǎng)有著很大的不同。在3D培養(yǎng)技術(shù)中，培養(yǎng)物可以在3D立體的球形環(huán)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(yǎng)環(huán)境更加接近自然環(huán)境。在本項研究中，通過對兩種培養(yǎng)環(huán)境血小板生長能力的對比，結(jié)果顯示，雖然在開始時，兩種環(huán)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(yǎng)技術(shù)聯(lián)合MSC的組別中，造血干細胞數(shù)目逐漸上升，血小板數(shù)量也有了顯著的增加。研究表明，3D培養(yǎng)技術(shù)聯(lián)合MSC能夠創(chuàng)造良好的細胞培養(yǎng)環(huán)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(chǎn)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(yǎng)技術(shù)聯(lián)合間充質(zhì)干細胞應(yīng)用于造血干細胞生產(chǎn)血小板的研究中，不僅極大的提高了造血干細胞的生產(chǎn)能力，也為細胞培養(yǎng)行業(yè)提供了一個新的思路，是使體外細胞培養(yǎng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重要手段，值得在之后的研究中廣泛應(yīng)用。

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