總結

探索 MSC 球體相對於傳統 2D MSC 培養的優勢。與傳統的2D MSC相比，MSC球體的臨床前研究較少。雖然 2D 方法通常會損害 MSC 功能，但 3D 球狀培養物可以維持其質量，從而改善治療結果。 3D 球體形成模仿體內 MSC 生態位，確保活力並促進歸巢到受影響的組織。因此，MSC 球體可以深入了解 MSC 的生物特性，並改善離體擴增後的治療效果。

---

細胞療法代表了一種利用活細胞治療疾病和恢復組織功能的開創性方法。這種創新方法利用細胞的再生潛力來治療多種疾病，從癌症和自體免疫疾病到退化性疾病。用於治療的細胞可以來自不同來源，包括患者自己的身體、捐贈者或幹細胞庫。這些細胞在給予患者之前通常會在實驗室環境中進行操作、擴增，有時甚至會進行基因改造。細胞療法預示著個人化醫療時代的到來，為傳統療法可能失效的新治療途徑提供了新的途徑。

傳統上，單分散細胞直接注射到體內 通過 靜脈注射 (IV) 注射、肌肉內 (IM) 注射、關節內注射或其他途徑，取決於預期目標。這些細胞穿過血流到達特定的組織或器官，並在那裡發揮治療作用。然而，單分散細胞的功效有時可能會被球體、緊密模仿組織結構和組織的三維 (3D) 細胞聚集體所掩蓋。 

提高 MSC 球體的治療潛力

尤其是間質幹細胞球體，由於其多方面的優勢，在細胞治療領域引起了極大的興趣。它們擅長增強旁分泌訊號傳導、改善細胞存活和功能、產生複雜的細胞外基質 (ECM)、發揮更廣泛的治療效果以及促進保留和植入。這些屬性使 MSC 球體成為再生醫學和組織工程應用的有希望的候選者，為解決臨床挑戰和推進患者護理提供了一種變革性方法。

• 提高乾性和分化潛力

MSC 球體誘導多能性標記基因（Sox-2、Oct-4 和 Nanog）顯著上調，並增加其克隆形成性。它還增強了分化為多譜系細胞的潛力。

• 提高存活率

MSCs 球體對缺氧具有更好的耐受性，因為它們表達更高水平的缺氧誘導因子 1 和錳超氧化物歧化酶。 MSCs 也上調抗凋亡分子 Bcl-2 並下調促凋亡分子 BAX，證實了球狀細胞中的促存活分子譜。

• 改善抗發炎和血管生成因子的分泌

MSC 的球狀培養導致血管生成生長因子和細胞因子的分泌增加，例如血管生成素(ANG)、成纖維細胞生長因子2 (FGF-2)、血管生成素2 (ANGPT-2)、VEGF 和肝細胞生長因子(HGF)，以及與單層培養物相比，抗發炎細胞因子例如轉化生長因子-β1 (TGF-β1) 和白細胞介素-6 (IL-6)。

MSC球體功能改善的機轉是什麼？

與傳統的單層培養物相比，MSC 球體增強了治療潛力，促使人們探索推動其功能改善的潛在機制。以下是一些可能在重塑球體內 MSC 特性方面發揮關鍵作用的因素： 

• 改變細胞組織：

間質幹細胞聚集成球體從根本上改變了細胞​​組織，包括細胞-基質和細胞-細胞相互作用。這種重組影響細胞形態、細胞骨架組織和極化，可能影響細胞行為和功能。

• 基材剛度和彈性：

基質的機械性質顯著影響 MSC 的旁分泌特性。球體形成過程中會發生剛性和彈性的變化，這可能會調節細胞行為和調節免疫調節作用的生物活性因子的分泌。

• 增強的細胞與細胞接觸：

球體內細胞與細胞接觸的增加會上調細胞黏附分子的表達，例如鈣黏蛋白（E-鈣黏蛋白、N-鈣黏蛋白、鈣黏蛋白-11）和間隙連接蛋白（Connexin-43）。這些相互作用不僅定義了 MSC 的譜系特異性，而且還促進球體微環境內的細胞間通訊和訊號傳導。

• 缺氧微環境： 

MSC 球體的核心經歷輕度缺氧，可有效刺激促進存活和血管生成因子的上調。球體內的這種缺氧生態位會啟動適應性反應，促進細胞存活、增生以及對新血管形成和組織再生至關重要的血管生成因子的表達。 

• 增強細胞外基質 (ECM) 分泌： 

MSC 球體表現出細胞外基質 (ECM) 成分分泌增強，培養富含生長因子和細胞因子的有利微環境。 ECM 蛋白的這種局部沉積支持自分泌信號傳導，並為組織修復和再生至關重要的細胞過程提供結構支持。 

• 自噬調節： 

MSC 球體內自噬活性的增加可以保護細胞免受環境壓力，並可能有助於提高存活率和預防過早老化。自噬作用作為一種細胞品質控制機制，確保細胞穩態和功能的維持。 

離體 MSC 球體生產技術

MSC 球體從實驗室規模生產到大規模製造的轉變是利用其臨床應用治療潛力的關鍵一步。然而，從實驗室到臨床的轉變需要開發穩健且可擴展的生產方法，能夠產生一致且臨床相關的球體群體。在這種背景下，優化 MSC 球體的大規模生產流程提出了多方面的挑戰，包括細胞來源、培養條件、可擴展性和法規遵循等考慮因素。

各種球體生成技術已經建立。其中，最廣泛的是懸滴法、低黏性基材的應用、基於薄膜的聚集法和強制聚集法。 

懸滴法：

懸滴技術是生成球體的最受歡迎的方法之一，提供了一種直接的方法來創建受控的細胞群和球體大小。然而，其大規模球體生產的可行性受到標準培養皿的有限空間以及建立和收穫過程中的勞動密集型過程的阻礙。解決這些限制， CellHD-256 作為一種基於晶片的創新技術，促進 3D 細胞球體的統一生產。 CellHD-256 以其簡單性和成本效益為核心，能夠高效產生多達 256 個球體。

低附著表面： 

雖然低附著表面為球體形成提供了另一種可行的方法，但它們通常會導致所產生的球體的尺寸和形態發生顯著變化。為了應對這項挑戰， 球板 5D 以革命性的設計進入現場，旨在培養具有高均勻性和可重複性的完美圓形球體。 SphericalPlate 5D 利用專利技術，每塊板可產生多達 9000 個標準化球體，為臨床和診斷應用的無縫轉化鋪平了道路。

MSC球體的體內治療效果

採用各種臨床前研究模型來研究MSC 球體的體內治療效果，包括傷口癒合、促發炎疾病、骨骼和骨軟骨缺陷、膝關節滑膜炎、心血管疾病、肝臟再生、腎損傷、神經源性疼痛和缺血模型。

研究一致表明，MSC 球體在體內的應用可增強治療效果。例如，鄧等人。展示於 一個研究 人類胎盤來源的 MSC 的 3D 球體可減輕脊髓損傷 (SCI)。移植的間質幹細胞在整個實驗過程中存活下來，保持其有利的分泌特性，並透過減少病變空洞、抑制發炎和星狀細胞增生以及促進血管生成來發揮顯著的神經保護作用。這些發現表明 MSC 球體在 SCI 治療方面具有巨大的潛力。

在最近的 調查 Lee等人透過右側坐骨神經的慢性壓迫損傷建立了神經性疼痛小鼠模型。他們的研究表明，與單層培養細胞相比，球狀體移植可以更有效地緩解慢性疼痛，並證明體內存活時間更長。此外，MSC 球體調節促發炎細胞因子和與慢性發炎反應相關的基因，顯示它們具有增強疼痛緩解和運動功能改善的潛力。這些發現強調了球體在促進基於 MSC 的細胞療法治療誘導性神經性疼痛損傷方面的有前景的作用。

---

參考文獻：

Deng J，Li M，Meng F，Liu Z，Wang S，Zhang Y，Li M，Li Z，Zhang L，Tang P。人類胎盤源間質幹細胞的 3D 球體減輕小鼠脊髓損傷。細胞死亡疾病。 2021 年 22 月 12 日；12(1096):10.1038。 doi：41419/s021-04398-XNUMX-w。

Ezquerra S、Zuleta A、Arancibia R、Estay J、Aulestia F、Carrion F。人類源間質幹細胞球體的功能特性：薈萃分析和系統評價。幹細胞國際。 2021 年 31 月 2021 日；8825332 年：10.1155。 DOI：2021/8825332/XNUMX。

Hazrati A、Malekpour K、Soudi S、Hashemi SM。間質基質/幹細胞球體培養對這些細胞及其外泌體治療效果的影響：克服細胞治療限制的新策略。生物醫學藥劑師。 2022；152：113211。 doi:10.1016/j.biopha.2022.113211

Kouroupis D，Correa D。在三維製造環境中增加間質幹細胞功能化，以增強治療應用。前沿生物工程生物技術。 2021；9：621748。發佈於 2021 年 12 月 10.3389 日。doi:2021.621748/fbioe.XNUMX

Lee N、Park GT、Lim JK 等。間質幹細胞球體透過調節慢性發炎反應基因減輕神經性疼痛。前免疫學。 2022；13：940258。發佈於 2022 年 8 月 10.3389 日。doi:2022.940258/fimmu.XNUMX

Petrenko, Y.、Syková, E. 與 Kubinová, Š.三維多能性間質基質細胞球體的治療潛力。幹細胞研究 8, 94 (2017)。 https://doi.org/10.1186/s13287-017-0558-6