东华大学朱美芳院士团队研究成果：高通量制备含有可注射分形纳米纤维片的细胞球体及其潜在应用
引言
细胞治疗通过活细胞的生物学特性实现疾病治疗和预防，但传统二维（2D）单细胞悬液培养难以模拟体内复杂微环境。三维（3D）细胞球体因其接近生理状态的细胞间相互作用和信号传递，成为提升疗效的重要模型。然而，细胞球体内部常存在异质性（如表面增殖区、核心坏死区），限制了其临床应用。现有方法（如离心技术整合纤维材料）存在操作繁琐、无法高通量制备等问题。本研究旨在通过引入可注射分形纳米纤维片，优化细胞球体培养工艺，解决异质性难题，推动精准医疗发展。论文基于东华大学朱美芳院士团队研究成果以及国家重点研发计划、中央高校基本科研业务费等项目资助。
01、研究背景 细胞球体培养技术（如悬滴法、微孔阵列法）虽能模拟组织复杂性，但面临两大挑战：一是，细胞异质性，球体内部因氧气和营养梯度形成分层结构，导致中心细胞坏死；二是，规模化生产限制，传统方法（如离心法）效率低，难以满足临床需求。现有研究尝试通过添加纤维材料改善微环境，但材料整合过程复杂且不可注射。因此，开发一种可注射、可规模化制备的纤维基材料，并与细胞球体高效结合，成为亟待突破的方向。 02、创新亮点 （1）可注射分形纳米纤维片的制备 ● 结合静电纺丝、界面诱导结晶与高速均质技术，成功制备微米级2D分形纳米纤维片； ● 分形结构通过PLLA在纤维表面的周期性结晶形成，增加材料粗糙度，促进细胞黏附； ● 纤维片具备可注射性，可通过微创方式递送，为体内应用提供便利。 （2）高通量复合细胞球体构建 ● 利用微孔阵列法，将纤维片与细胞（如hDPSCs、MC3T3）共培养，实现均一、可控的球体制备； ● 优化纤维添加量（1 μg/106细胞），避免过量材料阻碍细胞间相互作用。 （3）显著提升细胞活性与均一性 ● 活/死染色与CCK-8测试显示，含纤维片的细胞球体中心坏死减少，增殖活性显著高于对照组。 ● 纤维片通过缓解收缩力，维持球体形态稳定性，改善细胞分布均一性。 03、图文展示 图1 可注射分形纳米纤维片和含有纤维片的干细胞球体的制备示意图 图2 PG纳米纤维 (a)、C-PG分形纳米纤维 (b) 的SEM图和2D分形纳米纤维片的光学显微镜明场图 (c) 图3 PLLA粉末、明胶粉末、C-PG纳米纤维和PG纳米纤维的XRD谱图 图5 含有2D分形纳米纤维片的hDPSCs/C-PG细胞球体的光学显微镜图 图6 含有2D分形纳米纤维片的hDPSCs/C-PG细胞球体的活/死细胞染色图 (a) 和相应的细胞增殖测试 (b) (n=4) 图7 含有2D分形纳米纤维片的MC3T3/C-PG细胞球体的光学显微镜图 图8 含有2D分形纳米纤维片的MC3T3/C-PG细胞球体的活/死细胞染色图 (a) 和相应的细胞增殖测试 (b) (n=6) 04、结论 本研究通过创新性整合静电纺丝、界面诱导结晶与高速均质技术，开发出可注射分形纳米纤维片，并利用微孔阵列法实现复合细胞球体的高通量制备。结果表明，分形纳米纤维片通过优化表面拓扑结构，显著提升细胞黏附与活性；纤维片的引入有效缓解球体内部异质性，减少核心坏死，增强细胞增殖能力；该技术具有普适性，适用于多种细胞类型（如hDPSCs、MC3T3），为骨组织修复等再生医学领域提供新策略。 未来，通过进一步优化材料性能与临床转化研究，此类复合细胞球体有望为个性化治疗与精准医疗开辟新路径，推动细胞治疗从实验室迈向实际应用。 引用本文： 文章发表于《功能材料》2025年第56卷第3期，欢迎引用本文： 刘红梅,宋禹衡,阮奇奇,等.高通量制备含有可注射分形纳米纤维片的细胞球体及其潜在应用[J].功能材料,2025,56(3):03019-03024. Liu H M,Song Y H,Ruan Q Q,et al.High throughput fabrication of cell spheroids containing injectable fractal nanofiber sheets and their potential applications[J].Journal of Functional Materials,2025,56(3): 03019-03024.