光生物调节增强人间充质干细胞球体神经修复潜能的机制与疗效研究

《Frontiers in Cellular Neuroscience》：Photobiomodulation (PBM) irradiation enhances the therapeutic potential of hMSC spheroids for neural repair

本综述聚焦于光生物调节（PBM）联合三维人间充质干细胞（hMSC）球体在神经修复领域的创新策略。文章系统阐述了通过660纳米与850纳米波长PBM预处理hMSC球体，可显著增强其线粒体活性及脑源性神经营养因子（BDNF）等神经保护因子的分泌。在过氧化氢（H2O2）诱导的氧化应激模型中，PBM预处理的球体展现出显著的神经元存活率提升与轴突发芽促进作用，其中850纳米近红外光效果尤为突出，为干细胞疗法治疗中枢神经系统损伤提供了新思路。

　　

引言

神经再生是再生医学领域的核心目标，尤其对于卒中、脊髓损伤等中枢神经系统病变的治疗具有重要意义。人间充质干细胞（hMSC）因其多向分化潜能和旁分泌特性被广泛研究，但移植后存活率和定植效率低限制了其临床应用。近年来，三维细胞球体培养技术通过模拟体内微环境，显著增强了hMSC的细胞间相互作用及分泌功能。光生物调节（PBM）作为一种非侵入性物理干预手段，可通过激活线粒体细胞色素c氧化酶，提升ATP合成，减少活性氧（ROS）积累，进而调控干细胞行为。本研究创新性地将PBM与hMSC球体技术结合，探索其在氧化应激模型中的神经保护机制。

材料与方法

研究使用胚胎期17天（E17）SD大鼠皮质神经元进行原代培养，并利用过氧化氢（H₂O₂，10 μM与100 μM）构建氧化损伤模型。hMSC来源于成人脂肪组织，经表面标志物CD73、CD90、CD105鉴定后，于超低吸附板中形成三维球体（每球体3.5×10³个细胞）。实验分组包括：未处理对照组、660纳米PBM（10 mW/cm²）组、850纳米PBM（12 mW/cm²）组，以及高浓度H₂O₂损伤后与神经元共培养组。通过MTT法检测细胞活性，免疫荧光染色（MAP2抗体）分析轴突形态，ELISA试剂盒定量BDNF、NGF、VEGF等因子分泌水平。

结果

1. 1.
   hMSC球体特性与PBM预处理效应：球体直径在48小时增至300微米（p?<?0.0001）。PBM预处理后，球体分泌的BDNF、NGF、VEGF含量显著升高（p?<?0.001），其中850纳米组提升幅度最大。
2. 2.
   神经元存活率：高浓度H₂O₂使神经元存活率降至21%，而经850纳米PBM预处理的hMSC球体共培养后，存活率恢复至近对照组水平（p?=?0.0013）。
3. 3.
   轴突再生分析：在高氧化应激下，轴突总长度与分支密度分别降至37.28%与30.67%。660纳米与850纳米PBM组均能显著促进轴突参数恢复（总长度恢复至94.19%–101.49%，分支密度恢复至93.81%–99.36%），且Transwell共培养实验证实该效应主要由旁分泌机制介导。
4. 4.
   波长与功率依赖性：850纳米光在促进神经突触再生的效果优于660纳米，且功率密度滴定实验表明神经保护作用具有参数敏感性。

讨论

本研究证实PBM预处理能通过增强hMSC球体的线粒体功能与旁分泌活性，有效缓解氧化应激所致的神经损伤。850纳米近红外光因具有更优的组织穿透力和细胞色素c氧化酶激活效率，展现出显著优势。未来需进一步通过转录组学分析揭示PBM调控的分子通路，并在脊髓损伤等动物模型中验证其临床转化潜力。该联合策略为神经退行性疾病的干细胞治疗提供了新的技术路径。