Biolaminin 521和221支持无异源成分明确的皮肤细胞培养

一、引言

皮肤是人体十分重要的器官，也是阻拦病原体和环境伤害的主要屏障。它由表皮层和真皮层两大主要结构组成，两者之间隔着一层较薄的基底膜（basement membrane，BM）。这种膜包含多种层粘连蛋白laminin，尤其是332、331、521和511亚型。其中332/331亚型主要负责细胞黏附与成熟，而521/511亚型则参与细胞黏附与增殖。基底膜与细胞间的复杂互动对皮肤健康发育和组织稳态具有重要作用，同时也是皮肤干细胞微环境的关键组成部分（图1）。

图1. 皮肤结构包含丰富的层粘连蛋白

（层粘连蛋白亚型由三条相互缠绕的蛋白链组成——分别是α链、β链和γ链。层粘连蛋白亚型根据其链组成命名）

要实现基底膜的正确组装和功能发挥，完整分子结构的层粘连蛋白不可或缺（图2）。若出现蛋白截短或缺乏特定异构体，就会引发严重皮肤疾病，例如结缔组织大疱性表皮松解症。

图2. 皮肤基底膜BM中的层粘连蛋白自组装

当下，皮肤疾病已成为影响人类生活质量的常见问题，这与皮肤修复能力受环境影响大、病变类型多样、治疗效果受细胞模型限制等现状相关，因此，对皮肤细胞培养技术优化及功能研究的探索很重要。近年来，标准化的皮肤细胞培养模型在皮肤疾病机制研究、药物测试及再生医学等领域的应用逐渐增多，而如何在无外源干扰、成分明确的条件下获得足量且功能稳定的皮肤细胞，成为研究推进的关键。本文将详细介绍采用 Biolaminin 521（LN521）与 Biolaminin 511（LN511）作为基底培养各种类型皮肤细胞的策略，其展现出诸多值得关注的特性。

二、亮点

1、LN521和LN511支持多种皮肤细胞类型稳定培养的技术方案，包括：

•  基底角质形成细胞

•  表皮黑色素母细胞

•  真皮成纤维细胞

2、助力无外源成分且成分明确的培养体系，减少细胞培养过程中的干扰因素

3、Biolaminin层粘连蛋白可维持皮肤细胞典型形态与功能标志物表达，贴近体内生理状态

4、适配从基础研究到细胞模型构建的多个应用场景

三、数据展示

1、LN521在基底角质形成细胞的体外扩增培养中表现良好

基底角质形成细胞是表皮的主要细胞类型，其体外扩增效率直接影响皮肤模型构建的进度。传统培养中，塑料或胶原基质常面临细胞增殖缓慢的问题，而采用 LN521 作为基质，显示出良好扩增的表现。

数据图1. LN521、塑料及胶原基质上培养原代角质形成细胞的群体倍增表现

实验数据显示（数据图1），成人供体来源的原代基底角质形成细胞在无血清培养条件下，培养30天内，LN521（绿色）上的细胞群体倍增数是塑料基底（珊瑚色）和胶原基底（橙色）的2-8倍（周期内不同时间点）。这一结果表明，相较于塑料或胶质基底，LN521能为角质形成细胞提供更适宜的生长微环境，促进细胞持续增殖，可为后续表皮层构建或相关功能研究提供充足的细胞来源。

2、LN521与LN511可维持表皮黑色素母细胞培养时的特异性标志物表达

黑色素母细胞作为生成黑色素的前体细胞，其功能状态与皮肤色素相关研究密切相关。通过qPCR检测黑素细胞关键标志物的表达情况发现（数据图2），在塑料基底（珊瑚色）、LN511（浅绿色）和LN521（深绿色）三种基底中，表皮黑色素母细胞均能表达MITF、PAX3、SOX9等黑素细胞特异性标志物。

数据图2. 人表皮黑色素细胞在LN521及LN511上培养，特异性标志物在mRNA水平的表达情况

其中，LN521和LN511基底上的细胞标志物表达水平整体稳定，与塑料基底相比，未出现明显的标志物表达下调的情况。这说明两种层粘连蛋白基质（与传统塑料培养基底对比）能帮助黑素母细胞维持其细胞特性，避免因体外培养环境变化导致的功能紊乱，进一步为皮肤色素代谢研究或相关疾病模型构建提供可靠的细胞模型。

3、LN521与LN511支持真皮成纤维细胞培养，可维持细胞功能，并实现无血清、无异种成分培养

真皮成纤维细胞是真皮层的主要细胞类型，在皮肤修复与稳态维持中发挥重要作用。目前传统的人真皮成纤维细胞（HDF）培养方案常依赖血清补充或组织提取物，不光成分复杂，还可能引入外源干扰，而LN521与LN511的应用解决了这一问题。

数据图3. 在LN521和LN511上培养人成纤维细胞14天时细胞形态的明场代表性图像

从细胞形态来看（数据图3），成人真皮成纤维细胞在LN521（数据图3A）和LN511（数据图3B）上培养14天，均能形成均一的单层细胞，且培养5-6天即可达到70%-80%的汇合度，细胞呈现出典型的梭形成纤维细胞形态，未出现形态异常或分化现象。

数据图4. 在LN521和LN511上培养人成纤维细胞25天时特异性标志物qPCR水平表达情况

在无血清培养条件下，LN521与LN511能长期维持成纤维细胞功能标志物表达（数据图4）。qPCR分析显示，培养25天时，两种基底（绿色）上的成纤维细胞，其典型标志物 LUM、COL1A2、WNT5A 的表达量与对照条件（珊瑚色：塑料基底+E11培养基）下的细胞保持一致，且表达量无大幅下降（降幅<10%），表明细胞的分泌功能与生理特性得到了较好的维持，可用于皮肤修复机制或真皮相关疾病的研究。

数据图5. 在LN521上培养人成纤维细胞26天无血清体系下的细胞倍增情况

在细胞扩增效率上（数据图5），在26天的培养周期内，LN521（绿色）上成人成纤维细胞的群体倍增数与塑料基底（珊瑚色）对比，有较大增加（数据图5A）；经过3次细胞传代（培养14天）后，LN521上的成纤维细胞数量是标准塑料基底的3-5倍（数据图5B）。原代人成纤维细胞培养的稳定性增强和产量增加，为真皮层构建或皮肤生物学研究提供充足细胞。

四、总结

皮肤的基底膜（BM）中天然包含着多种层粘连蛋白，其中LN521与LN511作为基底膜的重要组成部分，本身就参与体内皮肤细胞的黏附与增殖过程。实验中采用的人全长层粘连蛋白Biolaminin，能通过自我组装形成类似体内基底膜的蛋白网络，为皮肤细胞提供具有生物学相关性的生长环境，避免因体外培养环境与体内差异过大导致的细胞功能异常。

这种生物学相关性一方面体现在细胞形态与标志物表达上，另一方面，还反映在细胞对培养环境的适应能力上，在三种主要皮肤细胞类型的培养中，两种层粘连蛋白基底上均能支持相关细胞的正常生长，无需复杂的条件优化，进一步体现了该培养体系的实用性与稳定性。

上述特性让LN521与LN511基质在皮肤细胞培养研究中展现出较大潜力：既能提高细胞扩增效率、提供充足细胞来源，又能维持细胞典型形态与功能，同时还能实现无血清、无异种成分的标准化培养，减少外源干扰。这一培养方法为皮肤发育机制研究、皮肤疾病模型构建、药物筛选及皮肤再生相关研究提供了实用的工具，期待其在皮肤生物学及相关应用领域发挥更多价值！

参考资料

Next generation xeno-free and defined skin cell culture on Biolaminin 521 (LN521) and Biolaminin 511 (LN511) substrates（From BioLamina）

（了解更多详细信息及获取原文件，请联系上海曼博生物！）

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