《Journal of Bioscience and Bioengineering》：Mineralization-driven cellular dynamics and tissue remodeling in scaffold-free MC3T3-E1 spheroids
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骨矿化三维细胞球长期培养的形态与力学特性研究。使用MC3T3-E1细胞构建无支架球状体，经35天成骨培养基培养，发现球体投影面积从第2天至第35天减少46.7%，核心区域早期出现细胞死亡，伴随胶原积累和钙沉积。双光子显微镜显示胶原从边缘向中心递增，第35天内部出现矿化。单轴压缩试验表明杨氏模量增加2.6倍，证实矿化导致力学刚度提升。该研究揭示了骨矿化在三维环境中的起始机制与动态演变规律。
金正贤（Jeonghyun Kim）|池部良太郎（Ryotaro Ikebe）|前田英二郎（Eijiro Maeda）|松本武夫（Takeo Matsumoto）
日本名古屋大学工程学院机械系统工程系，名古屋市千种区古楼町464-8603
骨矿化是骨组织形成和重塑的关键过程，但在三维（3D）细胞环境中的具体机制仍不清楚。在这项研究中，我们使用类似小鼠成骨细胞的MC3T3-E1细胞制备了无支架的球状体，并评估了其长期的形态和力学变化，以阐明矿化过程。这些球状体在成骨培养基中培养了长达35天，系统地分析了它们的体积变化（与培养2天的球状体相比减少了53.2%）、细胞存活率、胶原蛋白积累和矿物质沉积情况。活细胞/死细胞染色和核成像显示，细胞死亡早在第2天就开始了，主要发生在球状体的核心区域。双光子显微镜观察发现胶原蛋白逐渐积累，而阿尔扎兰红（Alizarin-Red）染色证实第35天时球状体内部区域已有钙沉积。通过微玻璃板进行单轴压缩测试的力学分析显示杨氏模量增加了2.6倍，表明矿化导致硬度增加。这些发现表明矿化过程从球状体核心开始，可能受到细胞外基质积累的促进。该研究为3D培养中的类骨组织形成提供了新的见解，有助于开发用于再生医学和组织工程的骨类器官。
部分摘录
细胞培养
类似小鼠成骨细胞的MC3T3-E1细胞来自日本筑波的理研生物研究中心（RIKEN Bioresearch Center）。MC3T3-E1是一种源自小鼠颅骨的成骨细胞系，广泛用于成骨细胞分化和矿化研究（14,15）。MC3T3-E1细胞在MEMα培养基（Wako公司，日本）中培养，该培养基添加了10%的热灭活胎牛血清（Gibco公司，美国马萨诸塞州沃尔瑟姆）和1%的青霉素-链霉素（Nacalai公司）。
球状体在长期培养过程中的体积变化
图1显示了来自MC3T3-E1细胞的球状体在培养第2天、第7天、第14天和第35天的投影图像，以及经过35天长期培养后的球状体投影面积的评估结果。如表1所示，球状体的投影面积变化如下：第2天：23,893 ± 2697 μm2（平均值 ± 标准差）；第7天：16,225 ± 1531 μm2；第14天：14,351 ± 1482 μm2；第35天：12,700 ± 1648 μm2。与第2天相比，球状体的投影面积
讨论
本研究旨在阐明球状体内发生的矿化机制。为此，我们评估了来自类似小鼠成骨细胞的MC3T3-E1细胞的长期培养球状体在细胞和组织水平上的形态及力学特性。研究结果显示，随着培养时间的延长，球状体的体积逐渐减小。
CRediT作者贡献声明
金正贤（Jeonghyun Kim）：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿撰写、数据可视化、实验设计、研究实施、资金获取、概念构思。池部良太郎（Ryotaro Ikebe）：正式数据分析、数据管理。前田英二郎（Eijiro Maeda）：撰写 – 审稿与编辑、实验监督、资金获取。松本武夫（Takeo Matsumoto）：撰写 – 审稿与编辑、实验监督、资金获取。
致谢
作者衷心感谢名古屋大学设备共享促进办公室提供双光子激发显微镜（A1RMP，尼康公司）。本研究得到了日本学术振兴会（JSPS）的KAKENHI项目（项目编号：23K17193、24K22404、24K00757）、Tatematsu公益研究基金（项目编号：22A105）以及日比科学基金（Hibi Science Foundation）的支持。
