急性肝衰竭是全球公共卫生的重大挑战之一，具有病情凶险、死亡率高的特点，目前尚缺乏有效治疗手段。人脐带间充质干细胞（human umbilical cord mesenchymal stem cells, hUCMSCs）因其免疫调节、炎症抑制及旁分泌功能，在组织修复和退行性疾病治疗中表现出良好应用前景。然而，传统二维培养条件下hUCMSCs存在衰老加速、异质性增加、抗氧化能力下降的现象。同时，如何提高hUCMSCs在肝脏中的植入效率将是促进治疗急性肝衰竭疗效的重要策略。

2025年4月19日，天游线路检测中心附属东方医院/天游线路检测中心何志颖教授团队在《Biomaterials》（IF：12.8）上发表题为“Gelatin Sponge Patch Grafting of Microcryogel-Based 3D Mesenchymal Stem Cells for Enhanced Rescue of Acute Liver Failure”的研究论文。该研究系统阐明了基于华龛生物3D TableTrix®微载体三维培养的hUCMSCs具有增强功能属性的分子机制。证实3D TableTrix®微载体培养下hUCMSCs的Hippo信号被抑制同时MAPK通路被激活，从而表现出显著增强的旁分泌活性（IGF2分泌量提升5.2倍）及抗氧化能力（ROS水平降低42%）。同时，为了提高hUCMSCs移植后的体内定植效率和定植时间，团队创新性开发了明胶海绵贴片移植（GSPG）技术，实现了三维培养的hUCMSCs在肝衰竭小鼠模型（Fah^-/-小鼠）肝脏内长达6周的驻留。相较于传统血管输注，小鼠生存期延长，血清ALT/AST水平显著降低。该研究为hUCMSCs治疗肝衰竭提供了可规模化生产且具有更优治疗潜能的细胞来源，也为高效干细胞移植治疗其他实体脏器疾病提供可行的参考借鉴。

研究团队采用清华大学科技成果转化企业——北京华龛生物科技有限公司自主研发的3D TableTrix®微载体，通过调控微孔尺寸（15-36 μm）构建仿生肝细胞外基质微环境，显著提高了hUCMSCs的旁分泌功能、抗氧化能力及机械抗性。实验显示，hUCMSCs在GM微载体上适应三维微环境后高效增殖，存活率>90%，乳酸脱氢酶（LDH）释放量显著降低，表明细胞生存状态良好。基因表达分析发现，三维培养的hUCMSCs中细胞外基质重塑基因COL1A1及炎症调控基因（CXCL5、CXCL2、IL-1β）显著上调，而细胞周期基因（PPP2R2B、CCND2）下调。进一步实验证实，三维培养通过激活MAPK通路增强旁分泌功能，VEGF、IGF2和FGF2分泌量较二维组显著提高。此外，三维培养组在H₂O₂暴露后细胞存活率达80.2% ± 6.3%，显著优于二维对照组的38.6% ± 3.2%，且经机械剪切力作用后存活率为81.6%，明显高于二维组的62%，突显其抗氧化应激和抗机械损伤的优势。

针对传统静脉输注细胞体内留存率低的难题，研究团队开发了GSPG策略。通过将3D-hUCMSCs与GM微载体复合于明胶海绵支架并植入肝脏，显著提升了治疗效果。利用IVIS活体示踪技术，证实静脉输注3D-hUCMSCs在48小时内被宿主免疫系统快速清除，而GSPG移植的3D-hUCMSCs在肝内停留时间延长至6周以上。在Fah^-/-小鼠模型中，GSPG组生存期突破4周且显著优于静脉输注组，其血清ALT、AST水平在2周时显著降低，同时ALB水平升高。免疫组化证实GSPG组3D-hUCMSCs在移植2周后迁移至肝实质，显著上调肝组织VEGF和IGF2表达，并降低促炎因子TNF-α和IL-1β的表达水平。此外，肝组织M2型巨噬细胞标志物CD206阳性率升高，而总巨噬细胞标志物F4/80阳性率降低，表明该策略通过重塑免疫微环境促进肝再生。

同时，RNA测序显示，3D-hUCMSCs中MAPK通路显著激活从而增强旁分泌因子表达，而PI3K/AKT通路的协同作用进一步抑制细胞凋亡（Caspase-3表达降低，Bcl-2升高）。在体内，移植的3D-hUCMSCs持续分泌IL-10和IDO，抑制TNF-α和IFN-γ的产生，并可能通过TGF-β诱导调节性T细胞（Tregs）分化，形成免疫耐受微环境。

本研究首次证实，基于GM微载体的三维培养系统可显著提升hUCMSCs的治疗潜能，而明胶海绵贴片移植策略通过延长细胞体内停留时间，为急性肝衰竭提供了兼具高效性与临床可行性的治疗新方案。这一成果为干细胞治疗在再生医学中的转化应用提供了重要技术支撑与理论依据。

何志颖教授、张文成研究员和陆建峰教授为论文共同通讯作者，天游线路检测中心生科院研究生宋海萌和杜欣悦为论文共同第一作者。感谢清华大学杜亚楠教授、华龛生物刘伟和张元元为本研究提供TableTrix®微载体及技术支持，感谢贾文文研究员和鲁济真为本研究提供hUCMSCs及技术支持。该研究获国家自然基金委、上海市高水平地方高校创新团队（IV类高峰学科）及上海市细胞治疗临床医学研究中心等项目的资助。