原代支持細(xì)胞培養(yǎng)體系在干細(xì)胞研究中有哪些應(yīng)用？
小楊 / 2025-09-05 10:31:29
原代支持細(xì)胞培養(yǎng)體系在干細(xì)胞研究中扮演著關(guān)鍵角色，其核心價(jià)值在于通過模擬體內(nèi)干細(xì)胞所處的 “微環(huán)境”，為干細(xì)胞提供生長(zhǎng)、自我更新、多能性維持或定向分化所需的信號(hào)和結(jié)構(gòu)支持。以下從具體應(yīng)用場(chǎng)景、作用機(jī)制及典型案例展開說明：
一、維持干細(xì)胞的自我更新與多能性
干細(xì)胞（如胚胎干細(xì)胞 ESCs、誘導(dǎo)多能干細(xì)胞 iPSCs、成體干細(xì)胞）在體外培養(yǎng)時(shí)易失去多能性或發(fā)生分化，原代支持細(xì)胞通過分泌信號(hào)分子、提供細(xì)胞外基質(zhì)等，幫助其維持未分化狀態(tài)。
1、胚胎干細(xì)胞（ESCs）培養(yǎng)：
最經(jīng)典的應(yīng)用是小鼠胚胎成纖維細(xì)胞（MEF）飼養(yǎng)層體系。MEF 分泌白血病抑制因子（LIF）、骨形態(tài)發(fā)生蛋白（BMP）等因子，通過激活 Stat3 等信號(hào)通路，抑制 ESCs 的分化基因表達(dá)，維持其多能性。此外，MEF 分泌的膠原蛋白、纖連蛋白等為 ESCs 提供貼壁支持，避免其因懸浮而分化。
注：除 MEF 外，人 ESCs 可使用人包皮成纖維細(xì)胞（HFF）作為飼養(yǎng)層，減少異種蛋白污染風(fēng)險(xiǎn)。
2、成體干細(xì)胞（如造血干細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞）的體外擴(kuò)增：
造血干細(xì)胞（HSCs）需骨髓基質(zhì)細(xì)胞（含成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等） 支持：基質(zhì)細(xì)胞分泌干細(xì)胞因子（SCF）、白細(xì)胞介素 - 3（IL-3）等，同時(shí)通過細(xì)胞間直接接觸（如黏附分子 CD44、VCAM-1）維持 HSCs 的自我更新能力，避免其分化為成熟血細(xì)胞。
神經(jīng)干細(xì)胞（NSCs）可在星形膠質(zhì)細(xì)胞（原代分離自腦組織） 支持下存活：星形膠質(zhì)細(xì)胞分泌腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（BDNF）、表皮生長(zhǎng)因子（EGF），促進(jìn) NSCs 增殖并維持其向神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞分化的潛能。
二、誘導(dǎo)干細(xì)胞定向分化
原代支持細(xì)胞可通過調(diào)控分泌的細(xì)胞因子或提供特異性微環(huán)境，引導(dǎo)干細(xì)胞向特定細(xì)胞類型分化，為再生醫(yī)學(xué)研究提供功能細(xì)胞。
1、間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）向骨 / 軟骨細(xì)胞分化：
原代成骨細(xì)胞或軟骨細(xì)胞作為支持細(xì)胞時(shí)，可分泌成骨誘導(dǎo)因子（如骨鈣素、堿性磷酸酶）或軟骨基質(zhì)成分，通過旁分泌作用激活 MSCs 內(nèi)的成骨 / 軟骨分化相關(guān)基因，促進(jìn)其定向分化。
2、ESCs 向生殖細(xì)胞分化：
睪丸支持細(xì)胞（Sertoli 細(xì)胞，原代分離自睪丸組織）可誘導(dǎo) ESCs 分化為精原細(xì)胞樣細(xì)胞：Sertoli 細(xì)胞分泌雄激素結(jié)合蛋白、抑制素等，模擬生精小管微環(huán)境，激活 ESCs 中生殖細(xì)胞特異性基因的表達(dá)，推動(dòng)其向生殖細(xì)胞譜系分化。
三、干細(xì)胞體外存活與功能驗(yàn)證
部分
干細(xì)胞（如精原干細(xì)胞、腸道干細(xì)胞）在單純培養(yǎng)基中難以存活，需依賴原代支持細(xì)胞構(gòu)建的“類器官”或共培養(yǎng)體系模擬體內(nèi)生存環(huán)境。
1、精原干細(xì)胞（SSCs）培養(yǎng)：
原代 Sertoli 細(xì)胞與 SSCs 共培養(yǎng)時(shí)，不僅通過分泌細(xì)胞因子（如膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子 GDNF）支持 SSCs 存活，還通過細(xì)胞間連接（如緊密連接）形成“小生境”，維持 SSCs 的干細(xì)胞特性，為研究精子發(fā)生機(jī)制提供模型。
2、類器官構(gòu)建中的支持作用：
在腸道類器官培養(yǎng)中，原代腸上皮基質(zhì)細(xì)胞可分泌 Wnt 信號(hào)分子和細(xì)胞外基質(zhì)（如層粘連蛋白），促進(jìn)腸道干細(xì)胞形成具有絨毛 - 隱窩結(jié)構(gòu)的類器官，模擬體內(nèi)腸道的生理功能，用于干細(xì)胞分化機(jī)制及疾病模型研究。
四、干細(xì)胞安全性與功能評(píng)估
在干細(xì)胞移植前，需通過原代支持細(xì)胞體系評(píng)估其分化潛能和安全性。
1、畸胎瘤形成實(shí)驗(yàn)的輔助：
雖然畸胎瘤實(shí)驗(yàn)主要依賴動(dòng)物模型，但體外可通過原代支持細(xì)胞與 ESCs 共培養(yǎng)，觀察 ESCs 是否能分化為三胚層細(xì)胞（如在成纖維細(xì)胞支持下分化為肌細(xì)胞，在神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞支持下分化為神經(jīng)元），初步驗(yàn)證其多能性。
2、避免干細(xì)胞異常增殖：
原代支持細(xì)胞分泌的抑制性因子可調(diào)控干細(xì)胞增殖速率，避免其因過度增殖導(dǎo)致的致癌風(fēng)險(xiǎn)，為干細(xì)胞臨床應(yīng)用的安全性評(píng)估提供參考。
五、總結(jié)
原代支持細(xì)胞培養(yǎng)體系通過模擬干細(xì)胞體內(nèi)微環(huán)境，在維持多能性、誘導(dǎo)定向分化、支持存活及功能驗(yàn)證等方面為干細(xì)胞研究提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。其核心優(yōu)勢(shì)在于保留了天然細(xì)胞間的相互作用和信號(hào)網(wǎng)絡(luò)，彌補(bǔ)了單純合成培養(yǎng)基的局限性，是干細(xì)胞基礎(chǔ)研究及臨床轉(zhuǎn)化中不可或缺的工具。隨著技術(shù)發(fā)展，通過基因修飾優(yōu)化原代支持細(xì)胞功能（如高表達(dá)特定細(xì)胞因子），或?qū)⑦M(jìn)一步提升其在干細(xì)胞研究中的應(yīng)用價(jià)值。
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