歐陽宏偉：給細胞做“線粒體移植術”，高通量構建“超能間充質干細胞”
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2021年8月，浙江大學歐陽宏偉課題組首次采用外源線粒體胞內規(guī)?；浦彩侄?，實現了脂肪源間充質干細胞 (ADSCs) 的能量代謝提升、三系分化能力增強與體內存活率改善，從而構建了一種超能干細胞-“mito-ADSCs”。相關研究在線發(fā)表于轉化醫(yī)學期刊Bioengineering & Translational Medicine（IF 10.711）。
圖1 胞內線粒體異體移植構建“超能間充質干細胞”用于組織修復的示意圖
首先，本研究利用了高內涵細胞成像分析手段，根據外源性線粒體和細胞自身線粒體熒光染色的實時定量監(jiān)測，采用藥代動力學方法明確了外源線粒體進入ADSCs胞質的有效劑量。
同時也發(fā)現，這些外源性線粒體主要分布在ADSCs胞質外圍靠近細胞膜的區(qū)域內 (圖2A-F)。通過海馬細胞能量代謝儀對受線粒體移植的ADSCs進行呼吸作用評估，發(fā)現mito-ADSCs更依賴于有氧糖酵解，并且提升約17% ATP產量 (圖2G-I)。
圖2 高通量和能量代謝評估外源線粒體移植功效性
隨后，通過體外增殖、細胞遷移、β-半乳糖苷酶、單克隆形成及三系誘導分化能力（成骨、成脂與成軟骨）對mito-ADSCs進行了全方位評估，進一步證實了外源性線粒體胞內移植可提升間充質干細胞表型的可行性和有效性 (圖3)。
圖3.mito-ADSCs體外耐受性的評估
后，該研究以全層皮膚缺損大鼠模型，驗證了mito-ADSCs細胞的功能與治療效果。實驗表明，mito-ADSCs作為特洛伊木馬，可保存外源性線粒體活性，同時又將這些外源線粒體遞送至鄰近細胞 (圖4A-D)。與普通ADSCs相比，mito-ADSCs僅需兩周就實現了傷口的完美愈合和皮膚再生能力，組織學切片染色顯示了其具有更好的促生長作用 (圖4E-H)。
圖4 mito-ADSCs促進皮膚再生和加速傷口愈合
綜上，此項研究證明了使用外源性線粒體移植可作為改善醫(yī)用干細胞表型和代謝活性的潛在手段，為細胞治療、精準醫(yī)學、干細胞臨床應用等領域提供新方法。
該研究第一作者為姚旭東研究員，博士生馬遠矚和博士后周雯艷為共同一作，通訊作者為歐陽宏偉教授。本文得到國家重點研究發(fā)展計劃(2017YFA0104900)的支持，國家自然科學基金(31830029, 81630065 和81902187)的資助，浙江省自然科學基金(LY19C070003和LQ19E030019)的資助，和中國博士后科學基金(2018M642442)的資助。
