研究简介
2023年，由Philippe J.R. Cohen的研究团队在《Biomaterials》杂志发表了题为“Engineering 3D micro-compartments for highly efficient and scale-independent expansion of human pluripotent stem cells in bioreactors”的论文。
本研究的主要研究结果是开发了一种仿生3D培养系统，通过在微流控辅助的核壳型微胶囊内工程干细胞微环境，实现了hPSCs的高效和规模无关的扩增。研究团队展示了这种3D培养系统不仅能够显著提高细胞的存活率和扩增速率，而且能够保持细胞的多能性。通过进一步调节胶囊尺寸和培养条件，研究者们成功地将这种方法扩展到了工业规模的搅拌罐生物反应器中，并在6.5天内实现了前所未有的277倍的hPSC扩增率。
图文赏析
研究者们指出，他们的3D培养系统为基本的干细胞生物学实验和临床应用提供了一种合适的策略。他们通过设计工程化的细胞外基质（ECM）负载的hPSC微环境，优化了在搅拌罐生物反应器中悬浮培养hPSCs的方法。研究者们提出，这种系统利用高通量微流控封装技术，与悬浮培养的干细胞和生物反应器的生产兼容，并且能够生产大量批次，而不会对细胞存活造成妥协，这与通常在传代或收获时存活率低的2D集落系统形成对比。
探讨了如何通过调整胶囊尺寸和氧气张力来增加hPSCs的扩增倍数。他们发现，通过增加胶囊的尺寸和在低氧条件下培养，可以进一步提高细胞的扩增效率。这些发现表明，通过优化培养条件，可以在保持细胞质量的同时实现大规模生产。
讨论了这种3D培养系统在维持细胞多能性和基因组完整性方面的优势。他们通过三系分化实验和基因表达分析，证实了在3D培养条件下的hPSCs仍然保持了其多能性。通过高分辨率SNP（单核苷酸多态性）分析，研究者们还证实了在3D培养条件下的hPSCs保持了其基因组的完整性。
研究者们提出了他们对未来工作的展望，包括进一步评估hPSCs在体内样培养系统中的质量，以及探索在制造高质量hPSCs时，保持其3D培养形态的重要性。他们认为，这种3D培养系统在细胞治疗生物生产中具有巨大的潜力，并且可能有助于克服当前面临的一些挑战，如在培养过程中出现的突变。
综上所述，本研究不仅在技术上取得了突破，为hPSCs的大规模培养提供了新的方法，而且在理论和应用层面上都具有重要的意义。通过这种3D培养系统，研究者们不仅能够提高细胞的扩增效率，而且能够保持细胞的多能性和基因组完整性，这对于再生医学和细胞治疗领域的发展具有重要的推动作用。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2023.122033
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