飞秒无标记成像技术用于评估间充质基质细胞的代谢情况

飞秒激光无标记成像技术评估间充质干细胞代谢状态与分化潜能的研究，探讨不同组织来源及传代次数下MSCs增殖能力、衰老标志物及成骨成脂分化能力的非侵入性检测方法。

　　

摘要

间充质基质细胞（MSCs）在再生医学中具有巨大潜力，但其临床应用受到细胞异质性和质量控制等挑战的阻碍。本研究旨在开发一种快速、无创的方法，利用飞秒激光无标记成像（FLI）技术来评估MSCs的质量。我们检测了来自不同组织来源（包括人牙髓、脐带和脂肪）的MSCs在不同传代过程中的增殖能力、代谢动态和分化潜能。传统实验表明，随着传代次数的增加，MSCs的形态会发生变化，增殖能力下降，与衰老相关的β-半乳糖苷酶活性升高，同时成骨和成脂分化能力显著减弱。FLI技术能够有效捕捉这些变化：高传代细胞中NAD(P)H/FAD比例的降低表明代谢活性降低，而与衰老相关的荧光信号（如脂褐素）增强，这与细胞衰老过程一致。在评估分化潜能时，NAD(P)H和FAD信号的荧光强度增加表明细胞内的代谢活性增强。随着传代次数的增加，NAD(P)H和FAD的荧光强度下降，表明细胞分化能力减弱。此外，在成骨分化过程中，光氧化还原比（FAD/(NAD(P)H + FAD)）随传代次数的增加而降低；而在成脂分化过程中，该比值则升高。对悬浮细胞进行的三维FLI分析进一步显示，低传代细胞的代谢信号具有更大的空间异质性，这可能反映了更活跃的线粒体功能。本研究证明，FLI技术可以通过非侵入性和动态监测MSCs的代谢状态和形态特征，有效评估其增殖活性、衰老程度和分化潜能，为MSCs制备的质量标准化评估提供了一种新的方法。