優勢

• 促進三維組織結構形成：在微重力環境下，細胞可通過自組裝形成三維聚集體，如細胞球體，能更真實地模擬體內微環境，避免傳統二維培養的扁平化問題，有利于構建更接近天然軟骨組織的立體結構。

• 維持細胞表型穩定性：常規培養中軟骨細胞易去分化為成纖維細胞，失去 II 型膠原分泌能力。而微重力環境通過減少機械應力，有助于維持軟骨細胞的表型穩定性和功能，使其能更好地保持軟骨細胞的特性。

  
  

• 增強細胞外基質分泌：微重力刺激可上調 II 型膠原、蛋白聚糖等軟骨特異性細胞外基質的合成，從而提高組織的力學性能，使培養出的軟骨組織更具功能性

  
  

• 改善細胞間相互作用：三維培養環境促進了細胞 - 細胞、細胞 - 基質之間的信號傳遞，增強了旁分泌效應，有利于軟骨組織的修復和發育。

  
  

• 優化營養輸送和代謝廢物排出：結合微重力原理設計的微通道，可控制流體剪切力，更有效地優化營養物質的輸送和代謝廢物的排出，為軟骨細胞的生長和代謝提供良好的環境。

  
  

• 調控細胞增殖與分化：微重力可通過影響整合素 - 細胞骨架信號通路，如 RhoA/ROCK、YAP/TAZ 等，來調控細胞的增殖與分化，促進軟骨細胞的正常生長和發育。

  
  

• 模擬天然軟骨低氧狀態：三維聚集體內部可形成梯度氧環境，接近天然軟骨的低氧狀態，能激活 HIF - 1α 通路，促進軟骨特異性基因的表達，有利于軟骨組織的形成和維持。

  
  

• 抑制炎癥反應和軟骨降解：微重力可抑制 IL - 1β、TNF - α 等促炎因子的釋放，減少軟骨降解酶如 MMP - 13 的表達，從而降低炎癥對軟骨組織的破壞，有助于維持軟骨的完整性。

• 促進間充質干細胞分化：對于間充質干細胞，在微重力系統中能更高效地分化為軟骨細胞，且無需外源性生長因子的持續刺激，可降低成本并簡化培養過程。

  
  

影響

• 細胞形態改變：與正常重力下集落樣生長、有典型鋪路石樣改變的軟骨細胞不同，微重力環境下軟骨細胞形態不規則，排列紊亂，界限模糊，典型鋪路石樣表現缺如。但這種形態改變并非是負面的，實際上是細胞為適應微重力環境、形成更有利于軟骨組織功能發揮的三維結構而發生的變化。

  
  

• 生長速度和代謝率變化：有研究發現，在微重力環境下，細胞生長速度會減緩，但是它們的代謝率卻會增強，這可能是因為重力對于生物體的代謝和能量轉移機制有一定影響，不過具體機制還需進一步深入研究。