Biomaterials：早期时间点细胞形态学分类器成功预测了纳米纤维支架中纤维密度对人骨髓基质细胞分化的影响

Natt

2021-05-07

纳米纤维支架可以诱导人骨髓基质细胞（hBMSCs）的成骨分化和细胞形态改变，而无需引入化学信号。于此，马里兰大学Wolfgang Losert、美国国家标准与技术研究院Sumona Sarkar等人通过基于机器学习的方法量化的第1天细胞形态的预测能力，作为纳米纤维密度调节成骨分化的指标。

本文要点：

1）采用静电纺丝法制备纳米纤维支架。显微镜，定量图像处理和聚类分析被用于系统地量化支架性质与纤维密度的函数关系。使用成骨标记基因表达14天后和使用钙矿化50天后评估hBMSC成骨分化潜能，结果显示随着纳米纤维密度的增加，成骨分化增强。

2）当使用支持向量机（SVM）/超级细胞工具进行分析时，第1天的细胞形态测量成功地预测了分化潜能，这些工具以前是在不同供体的细胞上开发和训练的。分化潜能与细胞形态之间存在相关性，表明形态测量对不同分化潜能的敏感性。

3）为了进一步了解纳米纤维密度如何确定hBMSC形态，在本研究中研究了完整的3D形态测量以及2D投影形态的其他测量。为了获得对hBMSC成骨分化的预测能力，每个细胞至少需要同时考虑两个形态学指标，大多数指标对包括一个3D形态学指标。对每个细胞周围的局部纳米纤维结构的分析揭示了与单细胞形态的相关性，并表明成骨分化表型可以在单细胞水平上预测。

参考文献：

Desu Chen, et al., Early time-point cell morphology classifiers successfully predict human bone marrow stromal cell differentiation modulated by fiber density in nanofiber scaffolds. Biomaterials 2021.

https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2021.120812