3D培养技术联合MSC提高造血干细胞体外生产血小板能力的研究

魏昌盛

摘要：血小板是人体血液内最重要的细胞之一，具有不可或缺的作用，尤其是对于患有血液类疾病的患者，更是需要输注血小板进行治疗，但目前来看，临床上血小板供源不足，需要在人体外寻找生产血小板的方法，以此来提供充分的治疗资源，保证治疗效果。在本项研究中，通过查阅相关资料，并在实验室进行实验探究，通过统计分析所得数据，得出3D培养技术联合MSC对造血干细胞体外生产血小板能力的影响。

关键字：3D培养技术、MSC、造血干细胞、体外生产、血小板

血小板是人体血液内形态最小的血细胞，但却对人身体健康起着巨大的作用，在人体内通过粘附、聚集、释放以及收缩功能，加快凝血过程，从而起到止血的作用。然而，当人体患有血液疾病时，使造血干细胞功能受损，从而导致血液内血小板水平迅速降低。严重时可引起多器官出血。目前，主要采用输入血小板的方法来缓解病情，但临床上还时常出现血小板供源不足、输入血小板后患者体内出现排异反应或感染的現象。因此，寻找安全、可依赖的血小板体外来源成为目前研究的一项重点难点。在本项研究中，通过查阅相关资料，并在实验室进行实验探究，将3D培养技术联合MSC应用于造血干细胞体外生产血小板中，通过统计分析所得数据，得出其对造血干细胞体外生产血小板能力的影响，现综述如下。

一、技术简介

1.1 传统细胞培养技术

传统细胞培养技术采用聚苯乙烯或玻璃作为细胞载体，将需要培养的细胞接入培养器皿中，使细胞在器皿中贴壁生长。这种培养方式虽然已经在生物学研究中有了管饭的应用，并取了了一定的成就，但二维式的生长模式不足以模拟人体内的立体环境，随着细胞生物技术的快速向前发展，我国人民对医疗技术水平也提出了更高的要求，这种细胞培养方式已经逐渐不能满足人们的生产需要。

1.2 3D细胞培养技术

3D培养技术是将需要培养的细胞放在接近于体内条件的培养环境中，使体内条件得到最佳的模拟状态，并利用磁性微球载体和磁悬浮技术使贴有细胞的微球载体悬浮在培养液中，让细胞在3D培养环境中进行分裂、分化、增殖等一系列细胞活动，这种新型培养方式打破了在细胞培养器具中进行单层细胞培养的局限性，使细胞更够向各个方向生长拓展，可以使细胞进行量化体系生产，具有重要的生理学意义。

1.3 间充质干细胞（MSC）

间充质干细胞是一类具有自我更新能力和多项分化潜能的干细胞。是干细胞家族中非常重要的成员，属于多功能干细胞。随着细胞生物水平技术的不断发展，间充质干细胞越来越受到相关研究人员的广泛关注。尤其是它在人体外部特定环境的诱导下，可以分化出人体内不同的组织细胞，如肌肉细胞、韧带细胞、软骨细胞、脂肪细胞等，许多研究人员已经把它看作为种子细胞，并应用于生物细胞研究的各个领域。

1.4 3D培养技术联合MSC

将3D培养技术与间充质干细胞联合，有利于更好的模拟人体内环境，且间充质干细胞具有支持造血和促进造血干细胞自我更新的功能。相关研究表明，这种方式不仅能促进造血干细胞的分化和增值，也能够帮助细胞间营养物的传递，使细胞生长在营养物质充足的环境中，从而达到细胞大量生产的目的，非常适合应用于造血干细胞体外生产血小板的研究中。

二、研究方法

2.1 培养方法

2.1.1 对照组

将在机体内取出的造血干细胞经过一般处理后，接入培养皿中，在几小时后加入培养基，并立即将培养器皿放入37°C、具有一定二氧化碳浓度的恒温培养箱中。

2.1.2 实验组

首先处理实验所需要的相关的生物材料，将一定量的间充质干细胞放入生物材料中进行培养。设定3D培养环境，将造血干细胞和间充质干细胞先后接入该环境中，利用磁性微球载体和磁悬浮技术使贴有细胞的微球载体悬浮在培养液中，并立即放入37°C、具有一定二氧化碳浓度的恒温培养箱中。

两组实验都需要严格保证环境的无菌性，并定期更换培养液和细胞因子。

2.2 观察

培养总时间为一周，在一周内要定期观察细胞形态，细胞生长情况，并分析细胞生长能力、增值能力以及血小板聚集能力。

三、效果和价值

3.1 提高了造血干细胞活性

在实验中，通过定期对两组实验的观察，测试造血干细胞的活性，在第一天时，两组情况就出现了较大差别，实验组培养环境对造血干细胞有了明显的活性激活作用，而对照组没有太大变化，尤其是随着时间的增加，实验组造血干细胞的活性细胞数量具有显著的提高。表明了3D培养技术联合间充质干细胞的培养环境能够显著提高造血干细胞的活性。

3.2 促进造血干细胞增殖

开始时，两组细胞增殖量没有太大差异，但到第五天时，实验组造血干细胞数量跳跃式增加，达到了较高的数量水平，到第七天更是与对照组有了显著差异。表明了3D培养技术联合间充质干细胞的培养环境能够有效促进造血干细胞的增殖活动。

3.3 提高造血干细胞生产血小板能力

在开始时，两种环境对于血小板的生长没有特别大的作用，两组实验的细胞生产情况差异不大，但随着时间的增加，3D培养技术联合MSC的组别中，随着造血干细胞数目逐渐上升，血小板数量也有了显著的增加。表明了3D培养技术联合间充质干细胞的培养环境能够在一定程度上提高造血干细胞生产血小板能力。

3.4 提升血小板聚集功能

在实验组中，随着造血干细胞活性的增加、增殖能力的提升以及血小板数目的不断增加，血小板的聚集功能也得到了大幅度提升。表明了3D培养技术联合间充质干细胞的培养环境能够间接提升血小板聚集功能。

四、结论

血小板在液体剪切力的作用下产生。在以往二维培养系统中，细胞之间以及细胞与基质之间的相互作用不足，影响营养摄取，信号转导等。因此，二维培养系统无法满足血小板的生长环境。而三维培养条件下细胞的许多生物学行为与传统的二维培养有着很大的不同。在3D培养技术中，培养物可以在3D立体的球形环境中，向各个方向扩展，提供了对分子对细胞间相互作用的条件，使培养环境更加接近自然环境。在本项研究中，通过对两种培养环境血小板生长能力的对比，结果显示，虽然在开始时，两种环境对于血小板的生长没有特别大的作用，但随着时间的增加，在3D培养技术联合MSC的组别中，造血干细胞数目逐渐上升，血小板数量也有了显著的增加。研究表明，3D培养技术联合MSC能够创造良好的细胞培养环境，促进造血干细胞的自我更新和增殖分化，从而提高了造血干细胞生产血小板的能力，间接提升血小板聚集功能。

综上所述，将3D培养技术联合间充质干细胞应用于造血干细胞生产血小板的研究中，不仅极大的提高了造血干细胞的生产能力，也为细胞培养行业提供了一个新的思路，是使体外细胞培养产业化发展的重要手段，值得在之后的研究中广泛应用。

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