改善早期供氧，提高视网膜类器官的产量和质量

早期贴壁阶段也会遇到缺氧

美国国立眼科研究所（National Eye Institute，NEI）、天普大学（Temple University）等团队，比较视网膜类器官早期分化阶段的静态与搅拌培养。研究先于 2025 年以预印本形式公开，正式论文于 2026 年发表于 Cell Reports Methods；团队关注如何提高后续疾病和治疗研究所用模型的产量与一致性。

视网膜分化早期，贴壁细胞逐渐形成多层神经上皮、神经玫瑰花环和视泡样结构。随着细胞耗氧增加，培养液中的被动扩散可能无法满足组织内部的供氧需求。团队因此在贴壁阶段引入搅拌，比较 5 株人源诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells，iPSC）系，包含对照和患者来源。

培养皿底部测得的氧水平更稳定

团队在培养皿底部测量培养液中的溶解氧，并将空气饱和度换算为氧百分比。在静态培养的 hPSC1 细胞中，换液后降至约 1% 氧水平所需时间，从分化第 11–13 天的约 40 小时，缩短到第 17–19 天的约 6.2 小时。

连续搅拌的 hPSC2 培养液则在初期下降后稳定于约 4% 以上，每个条件采用 3 个培养皿测量。另一项交替开启和停止搅拌的实验，也观察到氧水平随之反复升降，支持培养液流动能够改变细胞附近的氧供应。

产量与截面积增加，不同细胞系幅度各异

贴壁阶段结束并转入悬浮培养后，搅拌组形成的类器官数量更多。补充表 S1 中，hPSC1 的平均产量由每次实验 204 个增至 387 个，来自 5 次实验；hPSC5 则由 33 个增至 177 个，来自 3 次实验。其余细胞系也有增加，但提升幅度并不相同。

类器官截面积也增大。例如 hPSC1 从 183,584 μm² 增至 261,734 μm²，hPSC5 从 78,622 μm² 增至 170,557 μm²；各组为 20 次面积测量。以胚状体作为起始材料、随后进入贴壁阶段的两组实验，也出现产量和面积增加。

低氧和细胞损伤下降，腔隙结果因分析单位而异

视网膜祖细胞标志 CHX10 与细胞连接标志 ZO1 的染色显示，搅拌组的神经上皮边界和腔隙更清楚，CHX10 阳性细胞主要沿外围排列；静态组则常呈较弥散的分布。

在发育中的视泡样组织内，搅拌组的低氧标志染色较弱。检测 DNA 片段化的 TUNEL 阳性细胞比例也下降：hPSC1 由 18.69% 降至 5.35%，hPSC2 由 8.47% 降至 4.01%，各条件为 5 次测量。两项检测分别反映组织低氧和细胞损伤情况。

补充分析还比较了保留清楚腔隙的视泡比例。4 株细胞系在搅拌组均较高，但以细胞系为单位的配对检验未达到统计学显著性，P = 0.125。将各视泡合并，并在模型中考虑细胞系后，搅拌组形成腔隙的优势比为 3.80，95% 置信区间为 2.36–6.30。

前一项比较观察 4 株细胞系的成对变化，后一项则使用合并的视泡记录。两种分析提供不同层面的结果；研究同时在各细胞系的等面积图像中观察到更多贴壁视泡。

流速实测为物理模拟提供参照

为了解搅拌造成的流动，团队跟踪了 63 颗荧光微球，测得平均速度为 6.60 ± 2.93 mm/s。同一观察区域的计算流体力学（computational fluid dynamics，CFD）模拟速度为 2.6–8.3 mm/s，与实测速度相近。

模拟估计，组织培养区域的平均剪切应力约为 0–0.002 Pa，较高值集中在出口和支柱附近。流速比较为模拟提供了实验参照，剪切应力数值则来自计算。大部分定量结果采用同一搅拌条件，研究尚未确定各细胞系的最佳条件。

2 株细胞的转录变化不同，部分结果可能受取样影响

2 株细胞系的 RNA 测序显示，细胞系及样本间差异对整体表达变化的解释度，高于培养条件本身。hPSC1 与 hPSC2 分别有 235 个和 39 个差异表达基因，其中 18 个为共有；主要视网膜命运标志没有明显变化。

其中 1 株细胞在搅拌组反而出现较高的低氧反应基因表达。作者指出，RNA 测序样本在贴壁培养转为悬浮培养 2 天后采集；这一转换可能使静态组供氧增加、搅拌组供氧减少，从而影响低氧相关基因的比较。作者认为，在贴壁阶段取样才能直接核对该阶段的供氧状态。

研究显示，在所测试的搅拌条件下，视网膜类器官早期贴壁分化的供氧和若干组织质量指标有所改善，但没有比较治疗候选药物的反应。作者提出，营养输送与代谢废物清除也可能改善；本研究未直接测量这两项变化。