Freidenstein于1976年首次发现了间充质干细胞-骨髓MSC[1]，揭示骨髓MSC具有分化成多种组织细胞的潜能，支持造血、促进免疫调控和自我复制等功效。1991年，MSC的概念首次被提出，并获得“间充质干细胞之父”的美称[2]。此后，MSC相关研究进入高速发展阶段。

间充质干细胞（MSCs）是具有自我更新、多向分化、旁分泌和免疫调节作用的多能细胞。由于这些特性，MSCs具有很大的临床应用前景，特别是在损伤组织的再生、功能重建和细胞临床应用方面。Pardis 2019年在Stem Cell Investigation上详细描述了MSC临床实验涉及的疾病类型。MSC临床应用研究的主要适应症是自身免疫疾病、心血管疾病和神经退行性疾病（图1）。

△图1 MSC临床实验涉及的疾病类型

干细胞目前在细胞替代治疗、系统重建、组织工程、以及基因治疗等领域都有极其广大的应用，但与此同时目前主流干细胞培养制备的短板却日益凸显。

当前干细胞主要的培养方法是2D培养，相当于仅仅在一个平面上支持干细胞生长，相当于住在平房里，增殖效率和空间利用率都很低，已经无法满足临床对干细胞日益增长的大剂量需求。干细胞也要与时俱进，需要住进高楼大厦。

3D细胞培养技术很多，但总结起来主要可分为3类：

水凝胶通常是由可溶胀但不溶于水的交联亲水聚合物组成的水溶胀的聚合网，按照来源，水凝胶可以分为（1）天然水凝胶，如琼脂糖、海藻酸盐、壳聚糖、胶原、明胶、透明质酸等。

（2）合成水凝胶，如由聚氧化乙烯、聚乙二醇(PEG)、聚乙稀醇、聚丙稀酰胺、N-异丙基丙稀酰胺(PNIPAM)等构成。

（3）杂合水凝胶：结合合成和天然聚合物的特征制备的复合水凝胶，即杂合水凝胶。

基于细胞聚集的方法，悬浮液中的单个细胞会自发的、初步聚集形成松散粘附的细胞球体，然后随着时间延长，进一步形成紧密的细胞聚集体。由此形成的球体大小和组分取决于起始细胞数量、孵育时间和细胞增殖率等因素。主要的培养基技术见下图，目前尚未用于大规模生产。

微载体可提供一种物理支撑，细胞在微载体表面或进入微载体空隙生长，构成三维的细胞&载体复合物，使其在三维立体空间生长、增殖和迁移。用于干细胞培养的微载体主要为球状微载体，目前微载体材质主要为生物相容性好、可加工、稳定性高和无细胞毒性的胶原蛋白、明胶、葡聚糖、交联纤维等，其粒径一般为100-300 μm，有利于细胞的粘附，其密度大约在1.02至1.10范围内，即易于悬浮，又可自然沉降，有助于细胞的悬浮培养和收获。

借助生物反应器的微载体3D培养是目前比较适合用于大规模生产的细胞制备技术，其对生产场地的要求比传统的2D低，且占用场地面积大幅降低，并能不同程度的节省设备、人力及检测成本，批产量提高，能更好的满足临床需求。

△图3 MSC 3D培养模式图[5]

2020年Yin Q等比较了三维和二维培养后的脂肪间充质干细胞的变化。发现ADMSCs（脂肪来源的间充质干细胞）在3D环境中的细胞形态、增殖、分化能力和能量代谢情况得到改善。3D培养间充质干细胞可以提高细胞产量，促进分化，维持干性，为MSC在工业大规模扩增提供有前景的策略，具有一定的潜力（图4，图5）[6]。

△图5不同时间点ADMSCs在二维和三维培养中

的细胞活率和分化能力比较

干细胞3D微载体规模化生产技术是下一代干细胞培养方法发展方向，其细胞产能和细胞性能均优于单层培养的细胞，必将能给干细胞产业插上发展的翅膀，带给明天更多的可能性和希望。