人類多功能性幹細胞（human pluripotent stem cells，hPSCs）包括胚胎幹細胞（embryonic stem cells，ESCs）及誘導型多功能幹細胞（induced pluripotent stem cells，iPSCs）常被科學家用以進行藥物的篩選及再生醫學的研究。隨著 hPSCs 的需求漸增，為了能有又多又強壯的 hPSCs，京都的研究團隊設計了新的 3D 培養裝置，具有大量產出 hPSCs 的潛力。
傳統貼附式培養用在大規模培育 hPSCs 時，會有不少經濟上的限制，包含穩定品質、人力成本等。2010 年以來，陸續研究發現 hPSCs 可以使用懸浮式培養的方式，因為 hPSCs 有著與一般細胞不同的生長特性，在生長時不需要貼附培養皿上，在空間上的限制比一般貼附型細胞少。由於這樣的培養狀態，hPSCs 能以 3D 懸浮的方式培養以節省生產成本。
在本研究之前的 3D 培養仍有一些限制，諸如在繼代培養時，會利用酵素把原本細胞團切碎成更小的團塊讓它們重新生長，然而利用酵素的方式無法產生一致性的細胞團。大小不一致的細胞團塊會影響到生長的效率。另外，酵素將細胞切碎也會造成細胞功能的損傷，影響到幹細胞分化的功能。其他問題像是在細胞團塊間會有無法控制的融合，這樣的融合會產生不同大小的細胞團塊也會影響幹細胞的功能。而以往維持氣體養分交換效率的攪拌法（stirring）易產生傷害細胞的剪力（shear force）。如果能解決前面所說的問題，就能在培養幹細胞上面有好的進展。
為了解決 3D 培養的現存問題，京都大學團隊最近設計出更進步的培養系統。他們研究利用網格的濾網方式取代酵素把細胞切碎，讓細胞團通過 70 微米的網格濾網後，能將細胞團塊切成直徑相近的 300 微米團塊，這樣的大小剛好能使 hPSCs 生長的最好。另外 Nakatsuji 團隊還使用了甲基纖維素聚合物（Methylcellulose polymer）與結藍膠（gellan gum）兩種物質混入培養液中，這樣的配方除了能讓細胞團懸浮在培養液外，也能改善細胞團會自行融合的現象。他們更進一步設計出氣體交換效果好的培養袋，免去使用攪拌法。期待京都大學團隊 3D 培養的新設計，能在不遠的將來為我們提供經濟化量產的 hPSCs。
參考資料：Otsuji, T. G., Bin, J., Yoshimura, A., Tomura, M., Tateyama, D., Minami, I., … Nakatsuji, N. (2014). A 3D Sphere Culture System Containing Functional Polymers for Large-Scale Human Pluripotent Stem Cell Production. Stem Cell Reports, 2(5), 746. doi: 10.1016/j.stemcr.2014.04.013
