原代支持細胞培養(yǎng)體系在干細胞研究中有哪些應(yīng)用？
小楊 / 2025-09-05 10:31:29
原代支持細胞培養(yǎng)體系在干細胞研究中扮演著關(guān)鍵角色，其核心價值在于通過模擬體內(nèi)干細胞所處的 “微環(huán)境”，為干細胞提供生長、自我更新、多能性維持或定向分化所需的信號和結(jié)構(gòu)支持。以下從具體應(yīng)用場景、作用機制及典型案例展開說明：
一、維持干細胞的自我更新與多能性
干細胞（如胚胎干細胞 ESCs、誘導(dǎo)多能干細胞 iPSCs、成體干細胞）在體外培養(yǎng)時易失去多能性或發(fā)生分化，原代支持細胞通過分泌信號分子、提供細胞外基質(zhì)等，幫助其維持未分化狀態(tài)。
1、胚胎干細胞（ESCs）培養(yǎng)：
最經(jīng)典的應(yīng)用是小鼠胚胎成纖維細胞（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 等信號通路，抑制 ESCs 的分化基因表達，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胞（HFF）作為飼養(yǎng)層，減少異種蛋白污染風(fēng)險。
2、成體干細胞（如造血干細胞、神經(jīng)干細胞）的體外擴增：
造血干細胞（HSCs）需骨髓基質(zhì)細胞（含成纖維細胞、內(nèi)皮細胞等） 支持：基質(zhì)細胞分泌干細胞因子（SCF）、白細胞介素 - 3（IL-3）等，同時通過細胞間直接接觸（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胞。
神經(jīng)干細胞（NSCs）可在星形膠質(zhì)細胞（原代分離自腦組織） 支持下存活：星形膠質(zhì)細胞分泌腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）、表皮生長因子（EGF），促進 NSCs 增殖并維持其向神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞分化的潛能。
二、誘導(dǎo)干細胞定向分化
原代支持細胞可通過調(diào)控分泌的細胞因子或提供特異性微環(huán)境，引導(dǎo)干細胞向特定細胞類型分化，為再生醫(yī)學(xué)研究提供功能細胞。
1、間充質(zhì)干細胞（MSCs）向骨 / 軟骨細胞分化：
原代成骨細胞或軟骨細胞作為支持細胞時，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，促進其定向分化。
2、ESCs 向生殖細胞分化：
睪丸支持細胞（Sertoli 細胞，原代分離自睪丸組織）可誘導(dǎo) ESCs 分化為精原細胞樣細胞：Sertoli 細胞分泌雄激素結(jié)合蛋白、抑制素等，模擬生精小管微環(huán)境，激活 ESCs 中生殖細胞特異性基因的表達，推動其向生殖細胞譜系分化。
三、干細胞體外存活與功能驗證
部分
干細胞（如精原干細胞、腸道干細胞）在單純培養(yǎng)基中難以存活，需依賴原代支持細胞構(gòu)建的“類器官”或共培養(yǎng)體系模擬體內(nèi)生存環(huán)境。
1、精原干細胞（SSCs）培養(yǎng)：
原代 Sertoli 細胞與 SSCs 共培養(yǎng)時，不僅通過分泌細胞因子（如膠質(zhì)細胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子 GDNF）支持 SSCs 存活，還通過細胞間連接（如緊密連接）形成“小生境”，維持 SSCs 的干細胞特性，為研究精子發(fā)生機制提供模型。
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)細胞可分泌 Wnt 信號分子和細胞外基質(zhì)（如層粘連蛋白），促進腸道干細胞形成具有絨毛 - 隱窩結(jié)構(gòu)的類器官，模擬體內(nèi)腸道的生理功能，用于干細胞分化機制及疾病模型研究。
四、干細胞安全性與功能評估
在干細胞移植前，需通過原代支持細胞體系評估其分化潛能和安全性。
1、畸胎瘤形成實驗的輔助：
雖然畸胎瘤實驗主要依賴動物模型，但體外可通過原代支持細胞與 ESCs 共培養(yǎng)，觀察 ESCs 是否能分化為三胚層細胞（如在成纖維細胞支持下分化為肌細胞，在神經(jīng)膠質(zhì)細胞支持下分化為神經(jīng)元），初步驗證其多能性。
2、避免干細胞異常增殖：
原代支持細胞分泌的抑制性因子可調(diào)控干細胞增殖速率，避免其因過度增殖導(dǎo)致的致癌風(fēng)險，為干細胞臨床應(yīng)用的安全性評估提供參考。
五、總結(jié)
原代支持細胞培養(yǎng)體系通過模擬干細胞體內(nèi)微環(huán)境，在維持多能性、誘導(dǎo)定向分化、支持存活及功能驗證等方面為干細胞研究提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。其核心優(yōu)勢在于保留了天然細胞間的相互作用和信號網(wǎng)絡(luò)，彌補了單純合成培養(yǎng)基的局限性，是干細胞基礎(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)化原代支持細胞功能（如高表達特定細胞因子），或?qū)⑦M一步提升其在干細胞研究中的應(yīng)用價值。
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