三种生长因子对人胚半月板细胞增殖及细胞表型的影响

目的研究碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor,bFGF)、转化生长因子β1(transforming growth factorβ1,TGF-β1)、胰岛素样生长因子1(insulin-like growth factor1,IGF-1)单独或联合作用于人胚半月板细胞,探讨半月板组织工程种子细胞大量扩增最佳作用组合及浓度。方法无菌条件下取健康妇女意外流产并自愿捐献的4个月人胚半月板,体外分离、培养半月板纤维软骨细胞,用Ⅱ型胶原免疫组织化学染色和Aggrecan免疫荧光染色检测其性状。取第3代细胞贴壁后使用血清饥饿法同步化细胞,加入IGF-1(1、10、50、100μg/L)、TGF-β1(0.1、1.0、5.0、10.0、50.0μg/L)、bFGF(5、10、50、100、200μg/L)作用于半月板细胞,每样本设8个复孔和阴性对照组,分别于作用后48h和72h采用MTT法检测软骨细胞增殖情况,以确定各生长因子最佳效应浓度。同法设7个组,每组8个复孔,分别为:阴性对照组、bFGF最佳效应浓度组(50μg/L)、TGF-β1最佳效应浓度组(5μg/L)、IGF-1最佳效应浓度组(50μg/L)、bFGF和TGF-β1最佳效应浓度联用组、bFGF和IGF-1最佳效应浓度联用组、TGF-β1和IGF-1最佳效应浓度联用组,48h和72h用MTT比色法得出吸光度(A)值并分析软骨细胞的增殖效应。结果第3代半月板细胞扩增前后细胞均表达Ⅱ型胶原和Aggrecan蛋白。48h和72h50μg/L IGF-1,5μg/L TGF-β1及50μg/L bFGF浓度组与对照组相比均具有促细胞增殖作用,且差异有统计学意义(P<0.05);此即为各生长因子最佳效应浓度。生长因子联用:bFGF50μg/L与IGF-150μg/L联用、IGF-150μg/L与TGF-β15μg/L联用具有协同效应,差异有统计学意义(P<0.05);bFGF50μg/L与TGF-β15μg/L联用无协同效应,差异无统计学意义(P>0.05)。结论bFGF、TGF-β1、IGF-1单独使用均可体外扩增人胚半月板细胞,最佳效应浓度联用时bFGF/IGF-1、IGF-1/TGF-β1的扩增效果优于各自单独使用,可用于体外大量扩增种子细胞。

半月板纤维软骨细胞与壳聚糖/聚磷酸钙体外复合培养的实验研究

目的:观察半月板纤维软骨细胞在不同配比壳聚糖/聚磷酸钙(chitosan/calciumpolyphosphate,CS/CPP)支架材料上的生长状况,优选最佳配比CS/CPP生物材料作为组织工程半月板支架材料。方法:采用机械分离与酶连续消化相结合的方法体外分离兔半月板纤维软骨细胞,单层培养传代至第3代,并对其进行表型鉴定。采用共混-化学交联固化-冷冻干燥法将CS、醛基化海藻酸钠(aldehyde alginate,ADA)、CPP有机地结合起来,制备4种不同配比的新型组织工程半月板复合支架材料。将体外分离培养的第3代半月板细胞,通过二次沉淀接种法将其种植于不同配比的CS/CPP支架上,体外培养7天,采用相差倒置显微镜、SEM、HE染色观察细胞在支架上的形态、黏附、生长情况。结果:体外分离培养的第3代半月板细胞基本维持纤维软骨细胞的表型。相差倒置显微镜下可见,细胞在支架上黏附良好;扫描电镜下可见,细胞在支架上均匀分布,细胞多数呈多角形,并有基质分泌;HE染色结果显示,有细胞长入到三维支架材料内部。其中,半月板细胞在3:7的CS/CPP支架材料上单位面积内数目最多,生长最旺盛,细胞外基质分泌最多。结论:三维多孔的CS/CPP复合材料能促进半月板纤维软骨细胞的黏附、生长和增殖,其中3:7的CS/CPP支架材料细胞相容性和生物活性最好,最适于半月板纤维软骨细胞粘附和生长,并且能促进半月板细胞增殖和维持其表型,有望成为组织工程半月板良好的支架载体。

碱性成纤维细胞生长因子转染对半月板纤维软骨细胞增殖、细胞周期及胶原合成影响的研究

目的探索携带碱性成纤维细胞生长因子(bas ic fibrob last grow th factor,bFGF)基因的重组慢病毒载体转染半月板纤维软骨细胞的效能,观察半月板纤维软骨细胞对bFGF基因转染的反应。方法将从1只3月龄新西兰大白兔分离培养的第1代半月板纤维软骨细胞分为实验组(A组)、对照组(B组)和空白组(C组),3组细胞分别以2×104个/孔接种于24孔培养板。细胞生长至60%融合时,A组与克隆有bFGF基因的重组慢病毒载体悬液共培养,B组与不携带任何基因的慢病毒悬液共培养,C组未接受外加处理。共培养48 h后检测3组的细胞周期、胶原合成能力、培养液中bFGF的表达及不同时间各组细胞的细胞增殖能力的变化。结果共培养48 h后在A组测出bFGF浓度为870±60 pg/m l,而B、C组培养液中未能检测出bFGF的表达;共培养6 d后,M TT法检测,A组吸光度(A)值0.427±0.037与B组0.320±0.042和C组0.308±0.034比较差异有统计学意义(P<0.01)。A组细胞周期较B、C组缩短,A组细胞G1期,S期和G2/M期的时间分别为16.28、12.60和11.04 h;而B、C组分别为23.61、16.90和21.33 h及21.56、19.80和21.41 h;A组与B、C组比较差异有统计学意义(P<0.05)。A组细胞每分衰变数(7 281.69±805.50)高于B组(5 916.40±698.11)和C组(5 883.57±922.63),比较差异有统计学意义(P<0.05)。结论借助慢病毒载体能有效实现bFGF基因在半月板纤维软骨细胞的转染;bFGF基因转染能促进半月板纤维软骨细胞的增殖和胶原合成能力。

同种异体半月板脱细胞基质移植的实验研究

目的 通过对低温冻存的同种异体半月板和半月板脱细胞基质移植效果的比较 ,寻找更好的同种异体半月板的保存方法。方法 取成年大耳白兔 6 4只 ,按照体重配成 32对 ,分别作为供体动物和受体动物。取出供体动物的双膝内侧半月板 ,将右侧的冻存 (- 80℃ ) ,左侧半月板制成脱细胞基质冻存。将供体半月板移植到对应受体动物的膝关节中 ,术后 4、8、1 2和 1 6周分批取材进行大体、影像学、组织学观察。结果 实验侧 (左 )的半月板较对照侧 (右 )萎缩程度轻、速度慢 ,对照侧膝关节退变较实验侧明显 ,实验侧的组织结构明显优于对照侧。结论 兔半月板脱细胞基质移植效果优于低温冻存的半月板移植 ,半月板脱细胞基质可以作为同种异体半月板供体保存方法。

兔半月板纤维软骨细胞的体外去分化研究

目的：比较研究不同代次间兔半月板纤维软骨细胞生物学特性的改变,为构建组织工程半月板和细胞治疗中的种子细胞优选提供进一步的理论和实践基础。方法：采用机械分离与酶连续消化相结合的方法体外分离兔半月板纤维软骨细胞,单层培养传代至第5代。采用相差倒置显微镜和SEM观察各代细胞的形态变化和超微结构,MTT法检测细胞增殖情况并描绘生长曲线,采用细胞化学染色和免疫组化鉴定细胞分泌的蛋白聚糖和Ⅰ、Ⅱ型胶原蛋白。结果：半月板纤维软骨细胞原代接种后8～12 h开始贴壁,48～72h大部分细胞贴壁,胞质逐渐展开,细胞变大伸长,形成突起,呈多角形,细胞形态规则,轮廓清晰,镜下观察有立体感,7～10 d后,细胞长满传代。传代后细胞贴壁生长能力和增殖速度明显加快,原代至第2代细胞形态较规则,多呈多角形,大小均一。第3代后随着传代次数的增加,细胞中梭形细胞增多,分泌和增殖能力下降,传代周期延长。第5代分裂相少见,密度稀疏,细胞形态不佳,约80%呈长梭形,分泌和增殖能力下降。SEM示第1代半月板细胞形态规则,呈多极性,表面有突起;第5代细胞形态不规则,多呈梭形。生长曲线可见第4代前半月板细胞生长速度及生长周期均相似,第5代后细胞生长速度减慢,增殖减缓。细胞化学和免疫组化染色分析胶原和蛋白聚糖的表达：随传代的进行,Ⅱ型胶原蛋白和蛋白聚糖的表达逐渐减弱而Ⅰ型胶原表达逐渐增强。结论：体外单层培养条件下,随着传代的进行,细胞活力逐渐下降,生长速度减慢,传代周期延长,逐渐变为梭形,形态不规则。体外单层培养系统中半月板纤维软骨细胞表型随传代的进行,Ⅱ型胶原蛋白和蛋白聚糖的表达逐渐减少而Ⅰ型胶原表达逐渐增多,体外单层培养条件下培养的半月板纤维软骨细胞从第3代开始逐渐失去其特异性表型,发生去分化,逐渐变为成纤维细胞的表型。体外单层分离培养的第5代前半月板细胞基本维持纤维软骨细胞的表型和生物学特性,可作为组织工程半月板的种子细胞。

构建组织工程化半月板:细胞、支架及生物因子

背景:自体或异体移植修复损伤的半月板治疗效果并不理想,应用组织工程化技术重建半月板的研究成为目前的研究热点。目的:探讨组织工程化技术修复重建损伤半月板的可行性。方法:对体外构建组织工程化半月板的种子细胞进行培养,并制备半月板支架材料,将种子细胞依附于支架材料上,利用细胞因子调控种子细胞的黏附、生长、分化和迁移,组织学检查细胞与支架的结合情况以及细胞的数量等。结果与结论:组织工程化半月板修复研究主要包括种子细胞、支架材料和细胞因子等方面。构建需要的种子细胞有骨髓间充质干细胞和半月板纤维软骨细胞,半月板纤维软骨细胞传至第3代可得出最佳效应浓度。对组织工程化半月板支架材料进行表面修饰,由多材料组成的复合材料具有更好的生物相容性。应用组织工程化技术修复重建损伤的半月板。

钻孔法增加犬半月板脱细胞基质支架孔隙率的可行性分析

为增加半月板脱细胞基质(MAM)支架的孔隙率,提高细胞植入量,笔者对犬半月板先行钻孔,再行脱细胞处理,然后检测支架的脱细胞效果、孔隙率和力学性能变化、细胞植入量及与犬骨髓间充质干细胞(BMSCs)向软骨诱导培养后糖胺聚糖和Ⅱ型胶原蛋白的表达情况。结果显示,钻孔支架的脱细胞效果良好,未见细胞核,胶原纤维结构完整;支架的孔隙率显著增大,但压缩模量变化不显著;BMSCs在钻孔支架中的植入量显著增加,细胞增殖速度和向软骨分化能力显著提高。结果表明,钻孔法增加半月板基质支架的孔隙率,不但能保持支架的力学性能、提高细胞的植入量,而且能促进细胞的增殖、分化和组织重塑,为MAM支架在组织工程半月板构建中的广泛应用奠定了基础。

力学刺激通过整合素α5β1介导半月板纤维软骨细胞的凋亡

目的研究力学刺激对半月板纤维软骨细胞(meniscal fibrochondrocytes,MFs)凋亡的影响,并探讨可能的分子机制。方法通过酶消化法从大鼠半月板组织中分离MFs,实验首先分为两组:对照组(无力学刺激)和力学刺激组(10%牵张力,0.5 Hz,8 h/d),通过力学刺激仪器诱导MFs损伤细胞模型,CCK-8法和流式细胞术分别检测力学刺激对MFs活力和凋亡的影响。然后将实验分为四组:对照组(无力学刺激)、力学刺激组(10%牵张力,0.5 Hz,8 h/d)、对照siRNA(NC-siRNA)力学刺激组和干扰α5β1(α5β1 siRNA)力学刺激组,其中α5β1 siRNA和NC-siRNA力学刺激组细胞通过lipofectamine 2000将α5β1 siRNA和对照siRNA转染到MFs,然后进行力学刺激;CCK-8法和流式细胞术分别检测α5β1 siRNA和力学刺激对MFs活力和凋亡的影响;Western blot检测力学刺激和α5β1 siRNA对MFs Bcl2和cleaved caspase3蛋白表达的影响。结果CCK-8结果显示,与对照组细胞活力比较,力学刺激组MFs细胞活力显著降低;与NC-siRNA力学刺激组相比,α5β1 siRNA力学刺激组细胞活力显著升高,差异具有统计学意义(P<0.01)。流式检测结果显示,与对照组比较,力学刺激组MFs细胞凋亡率明显升高;与NC-siRNA力学刺激组相比,α5β1 siRNA力学刺激组细胞凋亡率显著降低,差异具有统计学意义(P<0.01)。Western blot结果显示,与对照组比较,力学刺激组MFs细胞Bcl2表达显著降低,α5β1和cleaved caspase3表达明显升高;而与NC-siRNA力学刺激组相比,α5β1 siRNA力学刺激组细胞Bcl2表达显著升高,α5β1和cleaved caspase3表达明显降低,差异具有统计学意义(P<0.01)。结论力学刺激可能通过促进整合素α5β1表达,抑制Bcl2表达,促进cleaved caspase3表达,激活线粒体凋亡通路,促进MFs凋亡。

半月板纤维软骨细胞接种脱钙松质骨支架构建组织工程半月板的方法选择

目的：探讨半月板纤维软骨细胞（MFCs）接种脱钙松质骨（DCB）支架的最佳接种方法。方法：实验分静滴法、注射法、离心法、负压法等4组。取兔MFCs,采用上述4种方法对孔隙率为80%、平均孔径为268μm的DCB支架进行细胞接种。Live/Dead染色检测其细胞活性,并通过软件分析其细胞分布情况。CCK-8法和Hoechst 33258法检测支架内MFCs增殖情况和支架内DNA含量。结果：通过Live/Dead染色显示,离心法接种细胞后其存活率优于其他3组（P〈0.05）;细胞分布均匀,由浅至深各层细胞比例无明显统计学差异（P〉0.05）;1~5天细胞增殖能力优于其他3组（P〈0.05）,14~21天支架DNA含量亦优于其他3组（P〈0.05）。结论：离心法可以明显提高MFCs在DCB上的细胞分布和细胞增殖能力,是一种简单、高效的,利于组织工程半月板（TEM）构建的接种方法。

半月板干细胞在半月板损伤修复中的研究现状

特定形态和部位的半月板损伤难以自愈,且半月板切除或部分切除会增加半月板所在区域的受力和磨损,从而增加后期膝关节骨性关节炎的发病风险。以种子细胞、支架和多种调控因素为基础的组织工程技术是解决半月板修复和重建的一种策略。半月板干细胞具有间充质干细胞特性,表达CD44、CD90、CD73、SSEA-4、Nanog等间充质干细胞标志物,又具有更易于分化为软骨细胞的特性,成为近年来半月板修复重建领域的研究热点之一。本文就这类细胞的分离、培养、生物学特性及实际应用情况方面的进展进行综述。

基于生物信息学对骨关节炎Hub基因的筛选与验证

背景:骨关节炎是以关节疼痛、僵硬、肿胀为主要临床表现的一种退行性疾病,目前关于骨关节炎的发病机制尚不明确。目的:基于生物信息学筛选骨关节炎相关数据集的Hub基因,再用细胞实验加以验证,筛选骨关节炎的关键生物标志物。方法:从GEO数据库搜索骨关节炎相关的数据集,通过GEO2R分析筛选差异表达基因,对差异表达基因进行GO、KEGG富集分析,同时对数据集所有基因进行GESA分析,使用String网站构建差异表达基因的PPI网络,利用Cytoscape软件中的MCODE插件对PPI网络进行功能模块分析,使用插件CytoHubba筛选评分最高的10个Hub基因。提取SD大鼠膝关节半月板细胞,实验组以白细胞介素1β(10 ng/mL)干预细胞24 h复制骨关节炎症模型,以未干预组为对照,采用RT-qPCR法检测Hub基因的表达。结果与结论:(1)筛选出的差异表达基因中上调基因147个、下调基因212个,GO、KEGG和GSEA分析结果显示,富集的通路及生物过程主要涉及胶原纤维组织、细胞外基质的相互作用、Th17细胞分化和白细胞介素17等;利用Cytoscape软件中的插件CytoHubba筛选MCC算法中评分最高的10个Hub基因,分别是COL1A1、COL3A1、COL5A1、COL5A2、COL6A3、LOX、LOXL1、LOXL2、POSTN、PLOD1;(2)RT-qPCR检测结果显示,与对照组相比,实验组COL1A1、COL3A1、COL5A1、COL5A2、COL6A3、LOXL1、LOXL2的mRNA表达降低(P<0.0001),LOX和POSTN的mRNA表达升高(P<0.0001),两组PLOD1的mRNA表达无明显差异(P>0.05);(3)结果显示,骨关节炎的Hub基因表达差异可能为日后了解骨关节炎的发展提供新见解。

壳聚糖/聚磷酸钙复合支架的生物相容性研究

目的：评价比较不同配比壳聚糖/聚磷酸钙（Chitosan/Calcium polyphosphate,CS/CPP）复合支架的细胞相容性和组织相容性,探讨其应用于组织工程半月板支架材料的可行性。方法：采用扫描电镜检测半月板细胞在支架材料上的生长情况。采用MTT法检测不同配比CS/CPP支架材料浸提液对第3代半月板细胞的毒性,通过肌袋内植入试验评价支架材料的体内组织相容性。结果：扫描电镜下可见：不同比例CS/CPP复合支架材料呈三维多孔的结构。复合第3代半月板细胞体外培养7 d,细胞在支架材料上均匀分布,紧贴支架铺展伸长,生长良好。MTT法显示不同浓度支架浸提液与对照DF培养液吸光度值比较,差异无统计学意义（P〉0.05）,支架无细胞毒性。肌袋内植入试验评价：肌袋内植入实验显示动物术后生存良好,各植入部位均未见组织坏死、积液及化脓感染。术后1周植入体周围有较多中性粒细胞浸润;术后2~8周植入体周围中性粒细胞浸润逐渐减少,出现淋巴细胞浸润,淋巴细胞多于中性粒细胞,纤维囊壁厚薄不均;3个月后植入体周围未见炎症细胞浸润,主要为胶原纤维和成纤维细胞。随植入时间的延长,炎症细胞浸润逐渐减少,浸润范围逐渐缩小,包膜先逐渐变厚再变薄,植入材料内部逐渐有组织长入,并且逐渐降解。结论：CS/CPP具有良好的细胞相容性和组织相容性,有望成为半月板组织工程的支架材料。