新加坡-麻省理工学院研究与技术联盟（SMART），麻省理工学院在新加坡的研究企业，新加坡国立大学组织工程计划（NUSTEP）的合作者，新加坡-麻省理工学院研究与技术联盟（SMART）的个性化医疗制造关键分析（CAMP）跨学科研究小组（IRG）的研究人员，研究人员开发了一种新方法，通过在间充质间质细胞（MSCs）扩增过程中添加抗坏血酸（AA）来增强其生成软骨组织的能力。该研究还发现，微磁共振弛豫仪（µMRR）是一种由SMART CAMP开发的新型过程分析工具（PAT），可作为一种快速、无标签的过程监测工具，用于MSCs的质量扩增。

间充质干细胞的异质性可能导致其生物学行为和治疗结果的变化。虽然需要大规模的间充质干细胞扩增来获得用于植入的治疗相关数量的细胞，但这一过程可能会引入细胞异质性。因此，改进过程对于减少细胞异质性至关重要，同时增加供体细胞数量，提高成软骨潜能（MSCs分化为软骨细胞修复软骨组织的能力），为更有效和一致的MSCs治疗铺平道路。

在科学杂志《干细胞研究与治疗》上发表的一篇题为“代谢调节以改善MSC扩张和关节软骨修复的治疗潜力”的论文中，CAMP的研究人员详细介绍了他们通过改变细胞利用能量的方式来增强优质MSC扩张的启动策略。研究结果表明，软骨生成电位与氧化磷酸化（OXPHOS）之间存在正相关，氧化磷酸化是一种利用氧气减少产生三磷酸腺苷的过程，三磷酸腺苷是驱动和支持活细胞中许多过程的能量来源。这表明操纵MSC代谢是增强软骨形成潜力的一种有希望的策略。

利用CAMP开发的新型pat，研究人员探索了在细胞的短期和长期收获和重新播种中代谢调节的潜力。为了增强它们的成软骨潜能，他们改变了营养成分，包括葡萄糖、丙酮酸、谷氨酰胺和抗坏血酸（AA）。据报道，在分化过程中，AA支持OXPHOS及其对软骨形成潜能的积极影响，这是一个未成熟细胞成为具有特定功能的成熟细胞的过程，研究人员进一步研究了其在MSC扩增中的作用。

研究发现，在骨髓间充质干细胞扩增期间和分化开始前，在细胞培养物中添加一代AA可改善软骨分化，这是更好地修复关节软骨的关键质量属性（CQA）。与未经处理的细胞相比，长期AA治疗导致MSCs的产量增加300倍以上，具有增强的软骨形成潜力，减少细胞异质性和细胞衰老（细胞老化并永久停止分裂但不会死亡的过程）。aa处理的MSCs具有改善的软骨形成潜力，显示出代谢谱向OXPHOS的强烈转变。这种代谢变化与μMRR测量相关，这有助于识别新的cqa，这些cqa可以在关节软骨修复的MSC制造中实现。

该研究还证明了CAMP开发的过程分析工具（PAT）微磁共振弛豫仪（μMRR）的潜力，微磁共振弛豫仪是一种在微观尺度上使用磁共振成像（MRI）成像的微型台式设备，可作为补充AA后MSCs扩增的过程监测工具。由于存在顺磁性血色素颗粒，μMRR最初被用作无标记的疟疾诊断方法，在研究中用于检测MSCs的衰老。这种快速、无标签的方法只需要少量的细胞进行评估，这使得MSC疗法可以在封闭系统中生产，这是一种通过减少外部环境污染风险来保护药品的系统，同时可以对每次生产的有限批次进行间歇监测。

“供体间的差异、群体内的异质性和细胞衰老阻碍了间充质干细胞作为关节软骨修复的标准护理治疗的成功。我们的研究表明，在MSC扩展期间补充AA可以克服这些瓶颈，增强MSC软骨形成潜力，”SMART CAMP高级博士后、论文第一作者Ching Ann Tee说。

“这种利用代谢调节来改善MSC成软骨潜能的方法可以适用于其他治疗适应症的类似概念，如骨修复或其他类型干细胞的成骨潜能。SMART CAMP的首席研究员、麻省理工学院生物学和生物工程教授、该论文的通讯作者Laurie a . Boyer教授补充说：“在MSC制造环境中实施我们的发现对于骨关节炎和其他关节疾病患者来说可能是向前迈出的重要一步，因为我们可以有效地生产大量具有一致功能的高质量MSC，并使更多患者能够治疗。”

该研究由SMART进行，并由新加坡国家研究基金会（NRF）在其卓越研究和技术企业校园（CREATE）计划下提供支持。