自1970年代，间充质干细胞（mesenchymal stem/stromal cells，MSC）成功地被科学家分离和鉴定出来后，因其来源广泛、制备简单、免疫性低和卓越的多向分化能力等优点，在细胞治疗、组织工程和再生医学中展现出极大的应用前景。
 
2006年，国际细胞治疗协会（ISCT）规范了间充质干细胞的定义，只有同时符合以下三个标准的细胞（最低标准），才能称之为间充质干细胞。
 

• 贴壁生长。
• 细胞表面表达特定的特异性抗原（标记物）：CD105、CD73和CD90阳性率在95%以上；CD45、CD34、CD14、CD79和HLA-DR阴性低于2%。
• 且具有向脂肪细胞、成骨细胞、软骨细胞分化的能力。

 
开发和生产流程
下图展示了整个间充质干细胞疗法的产业化生产全过程，其中产业化的一个巨大挑战 — 批次生产能力亟需最大化，以满足大量的临床病人高达109 cells/dose注射用量需求。传统2D贴壁培养的人工成本高、批次生产数量有限；中空纤维生物反应器培养，无法实时监测细胞增殖状态和质量情况。而微载体的贴壁悬浮培养很好地解决了二者的问题，球形微载体比表面积大，因此细胞贴壁面积更大，且微载体易于悬浮和放大生产，极大地提升了间充质干细胞培养的单批次产能。


下面以一个间充质干细胞从spinner flask放大至生物反应器为例，阐述微载体用于间充质干细胞产业化放大生产的极大应用前景。
 
案例分享
细胞：羊膜间充质干细胞（AM MSC），脐带间充质干细胞（UC MSC）
微载体：Cytodex 1
培养容器：Spinner flask；Bioreactor
结果
1.Spinner flask中细胞生长
 
1.1  细胞粘附和增殖能力
UC MSC和AM MSC在微载体（MC）上的DT（double time），PD（population doublings）用来评估细胞粘附和增殖能力，UC MSC和AM MSC的平均DT在40.9±9.6 h和47.7±4.3 h；UC MSC和AM MSC的平均PD在4.3±0.4和4.2±0.3。DT和PD与细胞在T flask中表现相接近。

1.2  表面标志物分析
流式细胞检测结果显示UC 和 AM MSC 在MC和T flask中培养的一致性，呈现出经典的 MSC表型。细胞表面染色显示标志物 CD73、CD90 和 CD105阳性，造血细胞标志物 CD14、CD19、CD34 和CD45阴性。此外，UC MSC和AM MSC之间，不同donor来源之间的UC MSC在其他表面标志物表达上略有不同。

2. bioreactor中放大生产
 
2.1  细胞生长和代谢
三个donor来源的UC MSC用于微载体的bioreactor放大生产，并将bioreactor工艺与spinner flask中细胞生长和代谢进行对比。UC MSC在bioreactor中在D14时细胞密度均在24×104 cells/mL以上。为了维持细胞生长所需要养分，每隔一天进行一次50%换液操作，但其糖浓度在D7之后趋于0水平，因此再额外进行补糖操作，当糖浓度低于0.3 g/L时，将其补至1.2 g/L。

2.2  基因表达分析
为一步分析MSC的细胞分化和应用性，定量 RT-PCR用于分析371种与归巢、免疫调节或再生能力相关的基因。不同donor来源的UC和AM MSC的在基因表达水平上会有差异（图 6.A）。此外，相比于spinner flask，在受到严格监控的bioreactor中， UC MSC在基因表达上显示高度的一致性。

3. 成本优势
 
下图对比了2D细胞工厂和微载体工艺在能提供的表面积和细胞数量上的差异，从热力图种可以看出，当需要每批次生产产能达到1×109 ~3×1010 cell时，在20 L bioreactor用微载体培养细胞是性价比最高的生产方式。而单批次生产产能在3×1011 cell以上时，微载体工艺是几种2D贴壁工艺中唯一的选择。

下表中对比了2D平面培养和微载体贴壁培养的上下限的CoG，在20 L培养体系下，CoGUSP/106 cells为3.24 $，在2000 L中更可降低至0.7 $。均比其他培养体系低出不少。

MSC正越来越多地应用于临床疾病的治疗中，并显示出良好的治疗效果。相信随着MSC研究的不断深入，它将为解决多种难治之症提供新的治疗策略。而微载体技术为其量化生产提供有效途径，此外，受监控的生物反应器培养环境可为间充质干细胞的质量保驾护航。

Cytiva（思拓凡）——Cytopore 1 微载体（干粉）
微载体小球主要被设计用于悬浮培养系统。
Cytopore 微载体的大孔结构促进细胞向珠内生长，同时微孔为其提供了最高的营养利用率。这些特性使需要高再循环率和高营养利用率的细胞得以生长。
针对 r-CHO 在搅拌罐培养中的生长进行了优化，但也适用于需要类似表面电荷的细胞系。
透明，便于在显微镜下观察贴壁细胞。
适用于细胞培养的大孔微载体 Cytopore
Cytopore1 大孔微载体专为悬浮培养系统而设计，适用于贴壁重组中国仓鼠卵巢 (r-CHO) 细胞的生长和重组蛋白的生产。
微载体培养技术可实现锚定依赖性细胞的高产量培养。Cytopore 微载体是大孔结构，可使细胞可以在 3D 空间进行生长。其可以提供更大的单位体积表面积，进一步提高细胞的培养密度和产品产量。
功能
由于 DEAE 组与纤维素基质偶联，导致了微载体会带正电。
微载体具有非常精确的孔径分布和网络结构，其表面积与颗粒材料的比率超过 95:1。
网络结构方便观察染色细胞在微载体内的生长情况。 Cytiva（思拓凡）——Cytodex 1 微载体（干粉）
用于大多数已确定的锚定依赖性细胞系的通用微载体。
整个微孔基质含有正电荷。
透明，便于在显微镜下观察贴壁细胞。
特别适用于大多数已确立的细胞系以及从原代细胞和正常二倍体细胞株的培养物中生产病毒或细胞产物。
锚定依赖性细胞的高产培养
微载体培养技术可实现锚定依赖性细胞的高产量培养。Cytodex 专为培养各种动物细胞而开发，培养体积从几毫升到超过 6000 升不等。在一般的悬浮培养系统中使用 Cytodex 可实现每毫升数百万个细胞的产量。
适用于大多数已确立的细胞系
通过用分布在基质中的带正电荷的 DEAE* 组取代交联的右旋糖酐基质而形成，是一种通用微载体。特别适用于大多数已确立的细胞系以及从原代细胞和正常二倍体细胞株的培养物中生产病毒或细胞产物。