告别血清和饲养层：人源气道干细胞长期扩增有了“透明配方”

气道修复的“种子细胞”

在人体气道中，基底干细胞是一类非常关键的“种子细胞”。它们位于气道上皮的基底层，既能自我更新，又能分化成纤毛细胞、杯状细胞和Club细胞等多种功能细胞。

当气道受到损伤时，这些细胞就像“维修工人”一样参与上皮修复。因此，它们不仅是研究哮喘、慢阻肺、肺癌等呼吸系统疾病的重要工具，也被认为是未来气道再生治疗中的潜在核心细胞来源。

但问题是，想在实验室里长期培养这些细胞，并不容易。

图1 HBECs和HSAECs在sfBSC培养基中培养

传统培养体系的“黑箱”难题

过去，人源气道基底干细胞的培养常常依赖血清、牛垂体提取物或饲养层细胞。这些成分虽然能帮助细胞生长，却存在一个明显问题：成分不够明确。

血清和动物来源提取物就像“复杂汤料”，里面究竟哪些成分发挥作用、不同批次之间是否稳定，都很难完全控制。这会影响实验重复性，也限制了细胞进一步向临床级生产和标准化应用转化。

为解决这一难题，研究团队设计了一种名为 sfBSC 的无血清培养基，试图用成分明确的“透明配方”，替代传统培养体系中的不确定因素。

14种成分搭出“长期扩增配方”

研究人员将基础培养基、补充剂、生长因子和信号通路调控因子进行组合，最终形成了含有14种明确组分的sfBSC培养基。

其中，EGF和FGF10是促进细胞持续增殖的关键生长因子；Y-27632、A-83-01、DAPT和DMH1等小分子抑制剂，则分别参与调控ROCK、TGF-β、Notch、BMP等信号通路，帮助细胞在扩增过程中维持基底干细胞状态。

换句话说，这种培养基并不是简单地“去掉血清”，而是用一套更清晰、更可控的信号组合，重新搭建细胞生长所需的微环境。

扩增能力显著提升

研究团队分别使用人支气管上皮细胞和人小气道上皮细胞进行验证。结果显示，在sfBSC培养基中，支气管来源细胞可连续扩增至第17代，小气道来源细胞则可扩增至第24代。

相比之下，使用商业无血清培养基时，两类细胞的扩增代次分别仅达到第8代和第11代。也就是说，sfBSC培养体系明显延长了气道基底干细胞的体外扩增时间。

更重要的是，长期培养后的细胞仍保持稳定形态，细胞大小维持在约10-15微米，并持续表达TP63、KRT5、NGFR等典型基底干细胞标志物。

不是只会“长”，还能继续“分化”

长期扩增的细胞是否还能保持功能，是判断培养体系是否可靠的关键。

研究人员进一步通过气液界面培养和类器官培养进行验证。结果表明，经过 sfBSC 培养的细胞仍然具备多向分化能力，能够形成纤毛细胞、杯状细胞和Club细胞等气道上皮功能细胞。

这说明，sfBSC 培养基不仅让细胞“扩得多”，还尽量保住了它们作为气道基底干细胞的核心能力。

EGF和FGF10是关键“油门”

研究还发现，EGF 和 FGF10 的浓度对细胞长期扩增非常关键。优化后的条件为 EGF 1 ng/mL、FGF10 0.4 ng/mL。

在这一组合下，细胞能够更好地维持增殖状态。RNA测序结果也显示，长期传代过程中，基底干细胞相关标志物整体保持稳定，同时细胞代谢状态发生一定变化，提示细胞可能通过代谢适应来支持长期体外扩增。

关键发现

• 研究团队开发出一种名为 sfBSC 的成分明确无血清培养基。
• 该培养基不依赖血清、牛垂体提取物或饲养层细胞。
• 人支气管上皮细胞可扩增至第17代，人小气道上皮细胞可扩增至第24代。
• 长期培养后，细胞仍表达 TP63、KRT5、NGFR 等基底干细胞标志物。
• 细胞仍能分化为纤毛细胞、杯状细胞和Club细胞。
• EGF 1 ng/mL 和 FGF10 0.4 ng/mL 是维持持续增殖的重要条件。

研究意义

这项研究的价值，不只是提出了一种新的培养基配方，更重要的是推动气道基底干细胞培养从“经验依赖”走向“成分明确”。

对于呼吸道疾病研究来说，稳定扩增的人源气道基底干细胞可用于建立更可靠的疾病模型和药物筛选体系；对于再生医学来说，这类无血清、无饲养层、可标准化的培养体系，也为未来临床级细胞制备提供了重要基础。

当细胞培养不再依赖“黑箱成分”，气道干细胞研究也就向标准化、规模化和临床转化迈近了一步。

国产培养基产品也在加速布局

值得关注的是，类似的细胞培养基产品在国内也已有布局。环凯生物已推出细胞培养基系列产品，涵盖DMEM、MEM、RPMI1640、DMEM/F-12等常用基础培养基，可用于多类哺乳动物细胞的体外培养。其中，DMEM/F-12作为无血清培养基开发的重要基础配方，也可用于低血清培养条件下的细胞培养。随着无血清、低血清和成分明确培养体系需求不断增加，国产培养基产品有望在科研实验、细胞培养工艺优化和后续规模化应用中发挥更大作用。

参考文献

Jiang, M., Zhu, Y., Zheng, H., Chen, H., Luo, W., Deng, Z., Zhang, H., Su, Z., Li, S., & Ma, N. (2026). A serum-free culture medium for long-term expansion of human airway basal stem cells. Stem Cell Research & Therapy, 17(1), 93. https://doi.org/10.1186/s13287-026-04910-z