综述：氧化铁纳米颗粒对脂肪来源的间充质干细胞影响的综述：一项系统性研究

《Current Tissue Microenvironment Reports》：Overview of the Influence of the Iron Oxide Nanoparticles on Adipose-derived Mesenchymal Stem Cells: a Systematic Review

　　**摘要**
**综述目的**
提供关于AD-MSCs（脂肪源性间充质干细胞）和IONPs（氧化铁纳米粒子）研究的重点发现的综合概述。

**最新发现**
近期研究显示，兔子可以作为获取AD-MSCs的来源，尽管人类和小鼠来源仍然是最常用的。关于细胞活力和IONPs浓度，观察发现高浓度的IONPs可能对AD-MSCs的活力产生负面影响。因此，建议IONPs浓度控制在50 μg/mL以下。至于IONPs对细胞增殖和分化的影响，结果仍存在分歧。然而，大多数研究并未在这些参数与对照组之间发现统计学上的显著差异。

**总结**
脂肪源性间充质干细胞（AD-MSCs）改变了科学界和医学界对脂肪组织的看法，主要是因为它们相对于其他来源的细胞更容易分离，同时保持了相似的生物学特性。纳米粒子（NPs）是尺寸高达100纳米的纳米级结构，多年来，氧化铁纳米粒子（IONPs）因其在调节细胞生物功能方面的独特能力而在生物医学领域得到了广泛研究。生物技术的进步扩展了AD-MSCs的治疗应用，将其与IONPs结合成为一种极具前景的策略。然而，这种相互作用仍然较为新颖，其对AD-MSCs的精确影响仍不甚明了。因此，本系统综述旨在提供目前关于IONPs对AD-MSCs影响的知识概述。所有选定的研究均使用脂肪组织作为MSCs的来源，主要是人类和小鼠来源，并指出IONPs浓度等于或低于50 μg/mL更为适宜，因为较高的纳米粒子水平可能对AD-MSCs的活力产生负面影响。此外，IONPs主要定位于溶酶体、内体、核周区和细胞质中。尽管现有研究表明IONPs与AD-MSCs之间存在有前景的相互作用，但可获得的文献仍然有限，且偶尔会出现不一致的结果。这突显了进一步研究以更好地阐明这种关联的生物学效应和安全性的必要性，特别是对于未来的体内应用而言。

**引言**
间充质干细胞（MSCs）是成体干细胞，在体外培养时具有分化为三种不同细胞谱系（成骨细胞、脂肪细胞和软骨细胞）的潜力。此外，它们具有附着在塑料表面和表达特定细胞表面标记物的能力，这符合国际细胞治疗学会（ISCT）的建议[1,2,3]。由于这些细胞在人类和兽医领域具有广泛的潜在医学应用，从组织修复到调节各种疾病的炎症反应等方面，因此受到了广泛研究。MSCs可以从多种器官和组织中分离出来[4]，这种多样化的提取来源对于探索其临床应用非常有利。然而，由于MSCs的生物学功能会因其来源而有所不同[4]，因此需要仔细考虑这一因素。虽然骨髓是经典的MSC提取来源，但 juga已经探索了许多其他来源，如脐带、胎儿胎盘、牙髓、脂肪组织（AT）和Wharton's jelly [5,6,7]。其中，脂肪组织因其 在生物体内的丰富性、通过较少侵入性方法易于分离、在培养中的可扩展性以及强大的多能性而成为获取MSCs的最有利来源之一[3, 8, 9]。因此，脂肪源性MSCs（AD-MSCs）与骨髓源性MSCs（BM-MSCs）一样，吸引了科学界的广泛关注。这些细胞具有非免疫原性特征、免疫调节性能、趋化能力以及组织修复能力，有助于替代和再生受损细胞，从而促进各种病理情况下的愈合过程。因此，它们在生物医学领域具有广泛的治疗应用潜力[3, 8, 10]，既可以作为独立疗法，也可以与其他化合物（如氧化铁纳米粒子（IONPs）结合使用。

**方法与材料**
本综述使用了PubMed（https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/）和Google Scholar（https://scholar.google.com/）数据库，通过搜索2011年至2026年间发表的英文原著文章，使用的描述符/布尔运算符为：“mesenchymal stem cells” AND “adipose tissue” AND “iron oxide nanoparticles”。纳入标准包括将AD-MSCs与IONPs结合研究的原创性研究，并发表在开放获取的科学期刊上。排除了综述文章、会议摘要和记录重复项，以及不符合研究主题的出版物。

**结果**
本系统综述共纳入了37项研究，这些研究是从PubMed和Google Scholar数据库中根据纳入和排除标准筛选得到的（图1；表S1）。研究结果主要集中在以下方面：人与兽医临床应用；IONPs对AD-MSCs的细胞毒性效应（考虑纳米粒子浓度和暴露时间）；IONPs对细胞增殖和分化的影响；以及IONPs的内吞作用、细胞内运输和胞吐作用。

**图1**
该图的替代文本可能是通过AI生成的。

**流程图**
概述了用于研究选择的搜索策略的系统化过程。

**使用AD-MSCs和IONPs的策略仍更倾向于人类临床应用**
值得注意的是，用于人类医学应用的研究数量超过了兽医临床实践的研究数量。考虑到AD-MSCs和IONPs结合策略较为新颖，我们对其所评估的动物物种类型提出了疑问。这一分析可能反映了医学两个领域研究的演变。虽然主要针对人类临床实践进行研究，但新兴研究表明其在兽医医学中也具有潜在应用。目前关于MSCs与IONPs相互作用的大部分科学知识基于人类细胞（表S2）和小鼠细胞（表S3）的研究。尽管如此，也发现了涉及其他动物物种的研究，包括狗[15,16,17]、兔子[18, 19]和绵羊[20, 21]（图2）。

**图2**
该图的替代文本可能是通过AI生成的。

**在涉及氧化铁纳米粒子（IONPs）的研究中，作为脂肪源性间充质干细胞（ADSCs）来源的动物物种**
在兽医医学中，可以将MSCs标记上纳米粒子（NPs），用于磁共振成像（MRI），从而促进狗的细胞治疗。尽管这种方法很有前景，但其背后的作用机制仍有待进一步阐明。因此，MRI成为追踪细胞的宝贵工具，有助于更深入地理解这种治疗方法的生物分布、细胞命运和潜在机制[15, 17]。在动物治疗背景下，MSCs与NPs结合还可以用于向特定解剖区域进行靶向细胞递送，特别是在自体移植等手术后。Qi等人[18]展示了AD-MSCs在自体移植后可以通过磁力引导进行治疗，用于修复兔子的巨大半月板缺损。

在人类医学中，AD-MSCs主要通过美学吸脂术获取的脂肪组织捐献获得，随后用于科学研究（图3）。这些研究主要在体外进行，重点研究纳米粒子对细胞功能特性的电磁影响，以及它们向脂肪细胞、软骨细胞和骨细胞的多向分化潜能（表S2）。涉及小鼠模型的研究主要使用Sprague-Dawley大鼠或小鼠作为AD-MSCs的来源（图3）。在这些模型中，研究人员探索了广泛的应用，包括针对神经系统的疗法、结合AD-MSCs和IONPs的基因转移和药物递送系统、生物活性评估，以及在MRI和细胞追踪中的应用等（表S3）。

**图3**
该图的替代文本可能是通过AI生成的。

**从主要动物物种中提取脂肪源性间充质干细胞的示意图**，如所包含的研究中所描述。创建于BioRender：Galv?o, M. (2026) https://BioRender.com/k7mte76

**IONPs与MSCs相互作用的非细胞毒性条件：活力方法、IONPs浓度和推荐暴露时间**
在细胞研究中，当细胞与其他材料或因子共培养时评估细胞活力对于确定体外和体内实验的安全浓度和暴露时间至关重要。此外，活力检测方法的选择可能会影响结果，可能导致假阳性数据。因此，我们分析了选定研究中的这些方法学偏倚，并在此描述了用于评估细胞活力的方法，以及最常用的浓度和暴露时间，以确保AD-MSCs与IONPs之间的非细胞毒性相互作用。

**MTT（3-(4,5-二甲噻唑-2-基)-2,5-二苯基四唑溴化物）细胞活力检测法**
研究人员最常使用MTT方法来评估IONPs的细胞毒性（14篇文章）。该检测法依赖于四唑盐还原为FITC晶体的比色定量，通过非静息细胞中的线粒体脱氢酶活性进行测量（图4）。因此，MTT测定法可以间接估计细胞在暴露于离子纳米颗粒（IONPs）后的线粒体代谢活性和细胞活力，从而评估其潜在的细胞毒性效应[22]。图4：此图像的替代文本可能是使用AI生成的。全尺寸图像：MTT细胞活力测定的示意图，其中四唑盐MTT（黄色）通过细胞呼吸过程中的线粒体代谢活性还原为甲瓒结晶（紫色）。创建于BioRender。Galv?o, M. (2026) https://BioRender.com/b4bxaws。除了MTT测定法外，还可以通过其他方法评估与IONPs共培养的AD-MSCs的细胞活力，包括CCK-8测定法（增强型细胞计数试剂盒-8）[17, 23,24,25,26,27,28]、台盼蓝排除试验[20, 29, 30]、CellTiter-Glo试剂盒[31,32,33]、LIVE/DEAD活力/细胞毒性试剂盒[34,35,36]，以及使用荧光标记物如Calcein AM和碘化丙啶（PI）[37]。高浓度的IONPs可能对AD-MSCs的活力产生负面影响。例如，Labusca等人[22]评估了三种IONP浓度（25、50和100 μg/mL）的细胞毒性，观察到在50 μg/mL及以上浓度时细胞活力受损。相反，25 μg/mL浓度表现出良好的安全性，没有损害AD-MSCs的活力，并且在40 μg/mL的IONPs孵育后同样观察到优异的细胞活力。作者在短期和中期（24小时、72小时和7天）评估了代谢活性，注意到与对照组相比，与IONPs共培养的AD-MSCs表现出增加的增殖，这通过MTT测定法测量的线粒体脱氢酶活性得到证实。尽管一些研究报告了不良影响，但大多数研究表明，当以适当浓度应用时，IONPs的存在不会显著损害标记的AD-MSCs的活力与未标记的对照组相比（图5）。图5：此图像的替代文本可能是使用AI生成的。全尺寸图像：分析研究中与IONPs共培养的AD-MSCs的活力。大多数选定的研究表明，适当浓度下与IONPs共培养的AD-MSCs不会导致细胞活力显著丧失。注意：使用了不同的活力测定方法以及培养条件来验证细胞活力，如文中所述。确定安全的IONP浓度和暴露时间是确保AD-MSCs在实验和治疗应用中的活力和功能性的关键步骤。根据所包含文章的分析，采用50 μg/mL或更低的IONP浓度是最常用的方法。然而，一些研究应用的浓度范围为51 μg/mL到100 μg/mL，而超过100 μg/mL的浓度通常不会产生有利的结果（图6）。此外，AD-MSCs与IONPs的孵育时间是一个关键的实验变量，可以直接影响细胞反应和研究结果。根据本系统评价中分析的文章，与IONPs共培养的AD-MSCs的孵育时间从12小时到21天不等。大多数研究在24小时孵育后进行分析（17篇文章），而其他研究则评估了48小时（8篇文章）和7天（7篇文章）的时间段，以及其他不太常见的时间框架。值得注意的是，24小时孵育期观察到了较多的成功结果（图6）。图6：此图像的替代文本可能是使用AI生成的。全尺寸图像：分析研究中评估的IONPs的浓度和暴露时间。每个时间段的文章数量（n）已标明。创建于BioRender。Galv?o, M. (2026) https://BioRender.com/zg8qogp。了解IONPs如何影响AD-MSCs的增殖能力对于确保其在实验和治疗策略中的安全性和可靠性至关重要。目前关于IONPs对AD-MSCs增殖影响的知识仍然有限。在这篇综述中，只有17篇文章评估了AD-MSCs与IONPs共培养后的细胞生长。大多数作者（13篇文章）发现IONP标记的AD-MSCs与未标记的AD-MSCs之间没有显著差异；然而，一些研究报告了不同的结果，表明这可能取决于所采用的特定实验条件（图7）。图7：此图像的替代文本可能是使用AI生成的。全尺寸图像：分析报告中与IONPs共培养的ADSCs的细胞增殖评估。Labusca等人[22]使用倒置荧光光学显微镜评估了细胞增殖，观察到在培养长达14天的过程中，与未标记的阴性对照组AD-MSCs相比，与IONPs共培养的AD-MSCs的数量加倍略有增加。Xiao等人[38]报告称，与各自的对照组相比，AD-MSCs在暴露于IONPs后显示出更高的生长率。Xie等人[25]得出了相反的结果，他们将AD-MSCs与壳聚糖结合的IONPs（50 μg/mL）共培养，并在第1天、第3天和第6天评估了细胞增殖。他们的分析显示，从第3天开始，IONP标记的AD-MSCs的增殖率降低，并且这种降低在第6天仍然显著。了解IONPs对AD-MSCs分化能力的影响对于其表征和在再生医学中的安全应用至关重要。根据国际细胞治疗学会（ISCT）的间充质和组织干细胞委员会的定义，MSCs的一个基本标准是它们具有三向间充质分化的能力（图8）。因此，MSCs必须能够在标准体外组织培养分化条件下分化为成骨细胞、脂肪细胞和软骨细胞[1]。图8：此图像的替代文本可能是使用AI生成的。全尺寸图像：MSCs三向分化能力的图形表示。间充质干细胞具有自我更新能力，并且可以根据接收到的刺激分化为脂肪细胞、软骨细胞和成骨细胞。创建于BioRender。Galv?o, M. (2026) https://BioRender.com/ydhj3g4。表1：评估AD-MSCs的脂肪生成、成骨生成和软骨生成细胞分化的文章。符号：↑：分化增强，↓：分化降低，=：样本和对照组之间没有差异，*：剂量依赖性分化。全尺寸表格。关于IONPs对AD-MSCs脂肪生成分化能力的影响尚不完全清楚，需要仔细评估。一些研究表明，IONPs的存在可能会减少脂肪生成诱导后形成的脂滴大小，而其他研究则观察到这些纳米颗粒对分化过程没有显著影响（表1）。例如，Fan等人[39]使用Oil Red O染色和RT-PCR分析脂肪细胞蛋白2（ap2）mRNA表达来评估脂肪生成分化。在IONP标记后，接受脂肪生成诱导的AD-MSCs显示出比对照组更小的脂滴，表明其脂肪生成潜力显著受损。相反，Xie等人[25]和Radeloff等人[30]的后续研究报道称，在IONP标记AD-MSCs后没有观察到这种损害。在脂肪生成诱导后，这些作者观察到标记的AD-MSCs的分化能力与未标记的细胞相当[25]。此外，两组在分化两周后都显示出典型的细胞内脂滴，这通过Oil Red O染色得到证实[30]。在最近的一项研究中，Becker等人[33]评估了脂肪生成分化后的总细胞数，观察到在21天后IONP处理组的细胞数量显著增加，表明这些纳米颗粒的存在与细胞增殖率的增加有关。关于IONPs对AD-MSCs成骨生成分化的影响尚不清楚，这主要由于文献中的发现异质且有时相互矛盾。已发表的研究报告了不同的结果，包括IONP标记的细胞与未标记对照组相比成骨分化增强、分化能力降低或两组之间没有显著差异（表1）。在Fan等人的研究[39]中，观察到IONP标记后AD-MSCs的成骨潜力降低。作者通过RT-PCR评估了成骨标志物（包括骨Gla蛋白（BGP）-mRNA）的表达，以及使用特定试剂盒评估了碱性磷酸酶（ALP）的活性。他们的结果显示ALP活性和BGP-mRNA表达均降低。相比之下，Brett等人[29]通过体外试验观察到，在IONP标记后AD-MSCs的成骨分化潜力和生物学韧性增强。Becker等人[33]还报告称，与对照组相比，接受纳米颗粒暴露的细胞在成骨诱导后表现出更多的钙沉积。与此同时，Xie等人[25]和Radeloff等人[30]没有发现标记的AD-MSCs与未标记的AD-MSCs在成骨潜力上有显著差异。在他们的研究中，AD-MSCs在成骨分化培养基中培养了三周；最终，IONP标记的细胞和对照组都显示出钙化的细胞外基质沉积，这通过Alizarin Red和Von Kossa染色得到证实[30]。与脂肪生成和成骨生成分化类似，IONPs对AD-MSCs软骨生成分化能力的影响也不清楚，研究结果不一致。文献中描述了软骨生成潜力增加和降低的实例，以及没有显著差异的报告（表1）。Labusca等人[22]通过量化每个细胞中的糖胺聚糖（GAG）来评估软骨生成潜力，观察到装载IONPs的AD-MSCs分化为软骨细胞的能力显著高于未装载的细胞。相比之下，Kolecka等人[15]报告说，软骨生成表现出剂量依赖性行为，其中IONP浓度的增加与软骨细胞分化减少相关。这种减少通过显微镜分析得到证实，显示出Alcian Blue染色阳性的细胞数量减少。另一方面，Xie等人[25]和Radeloff等人[30]报告的结果不同，他们没有发现标记的AD-MSCs与未标记的AD-MSCs在软骨生成潜力上有显著差异。在软骨生成诱导后，两组都显示出典型的蓝绿色细胞外基质染色，而培养在基础培养基中的对照AD-MSCs缺乏这种阳性染色[30]。最终，这些研究得出结论，IONPs的存在既不促进也不抑制AD-MSCs的功能性分化能力[25]。了解AD-MSCs内化、细胞内迁移和消除IONPs的机制对于评估其生物行为和长期安全性至关重要。为了评估与AD-MSCs共培养的IONPs的细胞内定位，通常使用普鲁士蓝染色和透射电子显微镜进行分析。到目前为止，主要观察到IONPs存在于溶酶体、内体、核周围区域和细胞质中（表2）。值得注意的是，文献中没有关于IONPs内化后释放到细胞外介质的报道。关于IONP内吞及其随后细胞内命运的细胞机制的数据仍然很少。然而，实验证据表明，这些纳米颗粒的主要内化途径是主动内吞途径，因为在低温条件下细胞摄取显著减少，这表明这是一个依赖代谢的过程[40]。此外，观察到细胞分裂后，内化的IONPs在子细胞之间的分布不均等，这可能会影响长期细胞追踪[15]。表2：评估IONPs细胞内定位的文章。全尺寸表格。结论性评论：这篇系统评价强调，关于氧化铁纳米颗粒（IONPs）与脂肪来源的间充质干细胞（AD-MSCs）相互作用的已发表研究仍然有限，只有37篇文章符合纳入标准。此外，报告的结果有时相互矛盾，这进一步强调了需要进一步进行深入研究以更好地理解这种相互作用。尽管可用研究数量有限，但可以推断出低于50 μg/mL的IONP浓度通常更适合与AD-MSCs共培养。此外，IONPs显示出影响细胞分化为脂肪细胞、软骨细胞和成骨细胞的潜力，尽管这些效应的确切机制需要进一步研究。重要的是，没有分析的研究报告在IONP内化后将它们释放到细胞外环境，从而证实了AD-MSCs内化并保留这些纳米颗粒的强大能力。因此，鉴于这是一种相对较新且研究不足的治疗组合，显然需要扩展这一领域的研究。明确IONPs（磁性氧化铁纳米颗粒）对AD-MSCs（脂肪源性间充质干细胞）的精确影响，并严格评估这些纳米材料相关的潜在风险，对于支持未来体内研究的安全有效实施至关重要。

**关键参考文献：**

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- ?zkan S等人：使用Promag超顺磁性氧化铁纳米颗粒优化脂肪源性间充质/基质细胞的标记，以实现临床可用的磁共振成像。《Cerrahpa?a医学杂志》2025;49(1):1-8。