《Biomaterials》：PRP-driven biomimetic liver tissue engineering: A cost-effective platform for high-efficiency expansion of mouse primary hepatocytes
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本研究设计了一种 Alg1SBC 多功能支架，整合 PRP 作为生物活性来源，通过负电表面模拟肝血窦，钙离子交联增强机械性能并激活 PRP，实现生长因子持续释放。在小鼠肝衰竭模型中，该支架显著促进肝细胞移植、功能微环境形成及生存期延长，为肝再生治疗提供了创新生物仿生平台。
丁伟晓|周鹏|乔亚蕾|王书军|李欣萌|王红艳|李一伟|张亮亮|周旭月|陈春涛|曲洪霞|张磊|傅晓|孙东平
南京工业大学化学与化学工程学院化学生物学与功能材料研究所，中国南京210094，小灵威路200号
摘要
基于三维（3D）支架的培养系统为体外扩增原代肝细胞提供了一种有前景的方法，有可能克服肝衰竭治疗中供体短缺的问题。在这项研究中，我们设计了一种多功能Alg1SBC支架，该支架能够主动加载并激活富含血小板的血浆（PRP），作为一种仿生平台。该系统有效地将低成本的PRP与由海藻酸盐（Alg）和磺化细菌纤维素（SBC）组成的双网络基质结合在一起。Alg1SBC支架的负电荷表面模仿了肝窦的静电特性，促进了PRP的有效吸附和生长因子的持续释放。重要的是，钙离子不仅通过交联作用使支架具有类似肝脏的机械硬度，还通过一种不依赖凝血酶的机制激活了PRP，从而促进了自体生长因子的可控释放。在肝衰竭的小鼠模型中，经过PRP处理的Alg1SBC支架改善了原代肝细胞的植入情况，加速了功能性肝微环境的形成，并延长了生存期。这些发现代表了肝衰竭支架引导再生治疗方面的重大进展，强调了PRP激活的仿生系统在肝病学中的临床潜力。
引言
原代肝细胞对于医学研究、药物开发以及肝病的治疗至关重要[1]，[2]。然而，一旦从它们的自然微环境中分离出来，这些高度分化的细胞会迅速失去其表型功能并发生去分化[3]，[4]。目前的体外原代肝细胞培养系统主要依赖于从鼠肉瘤中提取的基底膜Matrigel，以及培养基中添加的生长因子。尽管Matrigel提供了一个类似细胞外基质（ECM）的支持性环境，但其使用受到批次间差异、病原体污染风险以及在人源化模型中生物相容性有限的限制[5]，[6]。因此，迫切需要开发出定义明确、生物相容性好、可调节且经济实惠的3D支架，以更好地模拟复杂的动态肝微环境。此外，维持原代肝细胞的长期功能性和扩增需要不断在培养基中补充各种生长因子[7]，[8]，这显著增加了总体成本。因此，一种经济可行的体外肝细胞培养策略必须同时解决合适的3D支架需求和与生长因子补充培养基相关的高成本问题（见表S1）。
富含血小板的血浆（PRP）是一种自体的再生介质来源，作为合成生长因子的替代品在肝细胞培养系统中显示出巨大潜力[9]，[10]，[11]。PRP含有丰富的生物活性分子，如肝细胞生长因子（HGF）[12]，[13]、成纤维细胞生长因子（FGF）[14]，[15]、血小板衍生生长因子（PDGF）[16]，[17]和胰岛素样生长因子-1（IGF-1）[18]，[19]，这些分子共同支持细胞增殖、迁移和代谢功能。使用PRP不仅降低了培养成本，还通过再现肝脏的自然旁分泌信号环境提高了体外模型的生理相关性。然而，PRP的临床应用常常受到其快速释放动力学和较差机械稳定性的限制，这影响了生长因子的持续释放和细胞与支架的有效整合。这些限制源于对肝脏动态微环境的不完全模拟。因此，理想的平台应同时解决仿生3D支架和PRP衍生因子的可控释放这两个挑战。
为了克服这些限制，我们开发了一种由磺化细菌纤维素（SBC）和中粘度海藻酸盐（Alg）组成的钙响应性双网络水凝胶，称为Alg1SBC@PRP支架（图1）。该系统利用了SBC的独特特性，包括强静电相互作用和可调的表面电荷，并结合了海藻酸盐的粘弹性。嫁接在SBC上的磺酸基团增强了其负电荷，从而改善了肝细胞的粘附，并通过静电相互作用促进了PRP衍生生长因子的结合和可控释放[20]，[21]，[22]，[23]。此外，海藻酸盐的应力松弛行为使水凝胶能够模拟天然肝组织的机械特性[24]，[25]，[26]，从而为肝细胞的功能和维持提供了有利的微环境。
章节摘录
通过调节SBC的负电荷来调控PRP生长因子的释放动力学
为了开发一种经济高效且仿生的原代肝细胞扩增平台，我们设计了一种基于海藻酸盐和磺化细菌纤维素（Alg-SBC）双网络水凝胶的三维（3D）支架，其合成和全面表征将在以下部分详细介绍。这一设计的一个关键特点是引入了负电荷的磺化细菌纤维素（SBC），旨在模拟肝窦的静电环境
讨论
寻找一种能够在体外长期扩增和维持原代肝细胞功能的平台仍然是肝再生医学中的一个核心挑战，主要受到缺乏生理3D微环境和持续生长因子补充的高昂成本的限制。在这项研究中，我们开发了一种仿生的Alg1SBC@PRP支架，同时解决了这两个瓶颈问题。我们的结果表明，该平台不仅
结论
寻找一种能够在体外长期扩增和维持原代肝细胞功能的平台仍然是肝再生医学中的一个核心挑战。本研究通过首次将富含血小板的血浆（PRP）作为内源性、经济高效的生长因子来源整合到仿生三维（3D）培养系统中，成功解决了这一挑战。我们设计了一种双网络Alg1SBC支架，它不仅提供了宏观多孔结构
CRediT作者贡献声明
丁伟晓：数据管理、方法学、初稿撰写。孙东平：项目管理、初稿撰写。周鹏：方法学、撰写——审阅与编辑。张磊：数据管理、实验研究、撰写——审阅与编辑。傅晓：概念构思、项目管理、撰写——审阅与编辑
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
致谢
作者感谢国家自然科学基金（编号：51873087、81801839）和江苏省的研究生研究及实践创新计划（编号：KYCX24-0692）的财政支持。
