心肌营养素-1诱导小鼠诱导性多能干细胞心肌细胞定向分化的实验研究

目的:观察心肌营养素-1(CT-1)对小鼠诱导性多能干细胞(miPSCs)心肌细胞定向分化的诱导作用。方法:实验分为对照组与CT-1处理组。miPSCs经悬滴法诱导形成拟胚体,第3天培养基中加入1μmol/ml CT-1(CT-1组),对照组采用普通培养基。于第4、7、10和14天,收取细胞样本,采用实时PCR检测心脏特异标志物基因的表达。用免疫荧光染色及流式细胞术检测干细胞标志物Oct4和心肌特异性分化标志物肌钙蛋白I(cTnI)的表达。用透射电镜观察心肌样细胞的超微结构。结果:CT-1组第10天,样本中心肌特异性肌钙蛋白T(cTnT)基因表达的水平为同期对照组的1.75倍,有显著性差异(P<0.05)。免疫荧光染色法检测显示,两组均有cTnI表达。流式细胞术鉴定的结果显示,对照组与CT-1组cTnI的阳性率分别为28.5%和56.4%,有显著性差异(P<0.05)。电镜观察显示,CT-1组肌原纤维及胞内线粒体明显增多,肌纤维排列规则,可见细胞间桥粒连接和缝隙连接。结论:CT-1可显著提高miPSC向心肌细胞定向分化的效率。

不同培养条件对小鼠诱导性多能干细胞分化为神经元样细胞的影响

目的研究小鼠诱导性多能干细胞(i PSC)在不同培养条件诱导下向神经元样细胞分化的能力。方法将小鼠i PSC悬浮培养形成拟胚体,然后随机分为全反式维甲酸(ATRA)组、脑片共培养组和脑组织匀浆上清组,将其诱导分化成神经元样细胞。倒置显微镜下观察细胞形态变化;免疫荧光染色技术对其进行鉴定分析;Western blot法检测巢蛋白(nestin)、微管相关蛋白2(MAP2)、胶质纤维酸性蛋白(GFAP)的表达。结果小鼠i PSC在不同培养条件下都能够向神经元样细胞分化,这些神经元样细胞可以被神经细胞标志物nestin、MAP2标记;ATRA组的nestin、MAP2、GFAP蛋白相对表达量明显高于脑片共培养组和脑匀浆上清诱导组,但脑片共培养组和脑匀浆上清诱导组间无显著性差异。结论脑片微环境和脑组织匀浆上清均可诱导小鼠i PS细胞向神经元样细胞分化,但效果不及ATRA组。

起源于小鼠诱导性多能干细胞的大脑皮质类器官的建立及其生物学特性

目的利用小鼠诱导性多能干细胞(iPSCs)建立大脑皮质类器官并分析其生物学特性。方法首先将生长在饲养层细胞上的iPSCs克隆消化成单细胞,悬浮培养使其自发形成拟胚体。随后,对其进行神经上皮分化的诱导。在合适时间将其嵌入Matrigel基质胶做的悬滴中,摇动培养,形成大脑皮质类器官;最后利用免疫荧光、Dio示踪、透射电子显微镜等技术检测大脑皮质类器官的生物学特性。结果大脑皮质类器官有神经上皮、神经元及神经胶质细胞的分化特征;具有简单的片层化结构,如皮质板和分子层,且大脑皮质类器官具有神经再生及修复能力。结论利用iPSCs成功建立了大脑皮质类器官模型,且该模型具有与活体大脑皮质相似的特征,且具有神经再生能力。

小鼠诱导性多能干细胞移植治疗宫内缺氧新生鼠脑损伤

目的：研究小鼠诱导性多能干细胞（iPSCs）移植对宫内缺氧新生鼠脑损伤的治疗作用及机制。方法：于孕14d开始孕鼠置于动物缺氧培养箱中，制作胎鼠宫内缺氧模型。孕鼠分娩后新生鼠经侧脑室注入BrdU标记的iPSCs悬液移植组和PBS缺氧组，对照组不治疗，H—E染色观察脑组织形态学变化、八臂迷宫测试动物记忆功能、免疫组织化学检测脑BrdU阳性细胞和神经颗粒素（Ng）和神经元烯醇化酶（NSE）的表达、原位杂交检测血管内皮生长因子mRNA（VEGFmRNA）的表达。结果：移植组小鼠的学习记忆能力和脑皮质区细胞结构较缺氧组均明显改善；脑切片检出BrdU阳性细胞存在，缺氧组Ng和NSE阳性细胞表达较对照组显著减少，而VEGFmRNA的表达较对照组显著增加；移植组Ng、NSE和VEGFmRNA表达均较缺氧组显著增加。结论：小鼠iPSCs移植于宫内缺氧的新生小鼠脑中，可减轻缺氧神经元的损伤和提高学习能力，其机制可能通过上调VEGFmRNA和Ng的表达有关。

小鼠诱导性多能干细胞的神经细胞分化与突触连接的建立及其功能分析

目的探讨小鼠诱导性多能干细胞(i PSCs)在体外某些因素的诱导下能否分化成功能性的神经细胞,以及神经细胞之间突触的发生与建立。方法首先将i PSCs悬浮培养形成拟胚体,利用维甲酸(RA)将其诱导分化成神经前体细胞,最后撤去RA贴壁培养,利用免疫荧光染色技术观察小鼠i PSCs在体外分化成神经细胞以及神经细胞之间突触发生的形态特征,利用FM1-43染色技术分析突触末端的功能活性。结果小鼠i PSCs能够在RA的诱导下向神经细胞分化,这些神经细胞可以被成熟神经元与胶质细胞标记物标记,新分化的神经元还可以观察到树突棘及突触连接的形成,在去极化刺激下突触活动增强,表现为轴突末端大量FM1-43阳性内吞颗粒。结论由小鼠i PSCs分化而来的神经细胞在体外形成突触连接的过程,提示其可以进一步分化为功能性的神经元和神经胶质细胞。

小鼠诱导性多能干细胞向牙源性上皮细胞分化的实验研究

目的:探讨小鼠诱导性多能干细胞(iPS,induced pluripotent stem cell)向牙源性上皮细胞分化的可能性和诱导条件,为牙齿再生提供细胞来源。方法:以成釉细胞无血清条件培养液(ASF-CM)为诱导微环境,定向诱导小鼠iPS细胞向牙源性上皮细胞转化,观察培养后形态改变,细胞免疫荧光及RT-PCR检测成釉蛋白(AMBN,ameloblastin)、釉原蛋白(AMGN,amelogenin)、细胞角蛋白14(CK14,cytokeratin 14)的表达。结果:小鼠iPS细胞在ASF-CM诱导微环境下,成功分化为牙源性上皮样细胞,呈典型的上皮样细胞形态,免疫荧光及RT-PCR结果显示:AMBN、AMGN、CK14表达阳性,对照组表达阴性。结论:ASF-CM提供了适宜的成牙微环境,能够促进小鼠iPS细胞向牙源性上皮细胞分化。

骨形成蛋白-4对小鼠诱导性多能干细胞牙向分化能力的影响

目的:探讨骨形成蛋白-4(BMP4,bone morphogenetic protein-4)对小鼠诱导性多能干细胞(iPS,induced pluripotent stem cell)牙向分化能力的影响。方法:成釉细胞无血清条件培养液(ASF-CM)中分别加入BMP4(ASF-BMP4)和Noggin(ASF-Noggin),定向诱导小鼠iPS细胞向牙源性细胞转化,观察诱导后细胞形态改变,细胞免疫荧光及RT-PCR检测AMBN、AMGN、CK14、DMP-1、DSPP的表达。结果:免疫荧光染色结果显示:iPS细胞经ASF-BMP4诱导后AMBN、AMGN、CK14、DMP-1、DSPP表达阳性。RT-PCR结果显示:诱导iPS细胞14d后,与ASF-CM组相比,ASF-BMP4组AMBN、DMP-1、DSPP表达显著增高,ASF-Noggin组AMBN、DMP-1、DSPP表达明显降低。结论:BMP4能促进小鼠iPS细胞向成釉细胞谱系和成牙本质细胞谱系分化,而Noggin抑制iPS细胞的分化。

生长分化因子-11促进小鼠诱导性多能干细胞向心肌细胞定向分化的研究

目的明确生长分化因子(GDF)-11对小鼠诱导多能干细胞(mi PSCs)向心肌细胞定向分化的促进作用,为心肌再生的细胞生物学治疗提供种子细胞和实验依据。方法常规培养小鼠mi PSCs,分为对照组和GDF-11组。GDF-11组在普通分化培养基中加用10 ng/ml的GDF-11。悬滴法诱导培养形成拟胚体(EBs),每日观察搏动拟胚体数目。采用实时荧光定量PCR检测多能干细胞标志物Oct-4、心脏中胚层标志物Flk-1、心脏祖细胞标志物Nkx2.5、和心肌特异性标志物c Tn T的表达变化。用免疫荧光染色观察心肌结构蛋白c Tn I的表达水平。结果GDF-11组的Oct-4表达水平在诱导分化的第3、7天分别为同期对照组的(0.55±0.31)倍(P<0.01)和(0.41±0.57)倍(P<0.05);诱导分化的第10天,GDF-11组的Flk-1和Nkx2.5表达相分别为对照组的(2.09±0.8)倍(P<0.05)和(2.47±0.22)倍(P<0.01);c Tn T的表达在分化后第10天和第14天分别为对照组的(1.81±0.19)倍(P<0.01)和(1.61±0.20)倍(P<0.01);两组均出现了心肌样搏动细胞团,GDF-11组搏动EBs百分比要显著高于对照组(P<0.01)。免疫荧光染色显示,GDF-11组的c Tn I阳性率要显著高于对照组(P<0.01)。结论 GDF-1能够显著促进mi PSCs的心肌定向分化。

小鼠诱导性多能干细胞向牙源性细胞分化的体内研究

目的:探讨小鼠诱导性多能干细胞(i PS,induced pluripotent stem cell)体内向牙源性细胞分化的潜能及适宜的诱导微环境。方法:经成釉细胞无血清条件培养液(ASF-CM)以及加入BMP4的ASF-CM(ASF-BMP4)不同微环境体外诱导的i PS细胞,分别移植入小鼠肾被膜内,H E染色及免疫组织荧光检测相关指标的表达。结果:ASF-CM组移植物HE染色可见上皮样结构生成,免疫组织荧光检测AMBN表达阳性;ASF-BMP4组可见上皮样和牙本质样结构生成,免疫组织荧光检测AMBN和DSP表达阳性。结论:ASF-BMP4提供了一个适宜的成牙微环境,能够促进i PS细胞体内形成牙源性上皮样和牙本质样结构。

生物钟基因Clock对小鼠诱导性多能干细胞分化的影响

目的研究生物钟基因Clock对小鼠诱导性多能干细胞(induced pluripotent stem cell,iPSC)非定向分化的作用。方法将Teto-FUW-OSKM、M2rtTA、PsPAX2和PMD2.G4种质粒共转染293FT细胞,收集病毒上清,转染小鼠胚胎成纤维细胞(mouse embryo fibroblast,MEF)获得小鼠iPSC,并通过检测多能性基因表达及其体外分化能力对小鼠iPSC进行鉴定;通过RT-PCR检测小鼠iPSC在非定向分化和拟胚体形成过程中生物钟基因的表达,以及生物钟基因Clock下调后,与野生型细胞相比小鼠iPSC多能性基因的表达和形态学改变。结果通过慢病毒感染MEF的方式获得了小鼠iPSC;小鼠iPSC在非定向分化过程中,生物钟基因Clock、Per2、Rev-erbα表达升高;生物钟基因Clock下调后,小鼠iPSC分化能力下降,多能性基因Sox2、Oct4、Klf4表达升高。结论生物钟基因Clock对小鼠iPSC的非定向分化起到重要作用。

Integrin β_1在维生素C诱导小鼠诱导性多能干细胞向心肌样细胞分化中的作用

目的:探讨整联蛋白β1(Integrinβ1)在维生素C(Vc)诱导小鼠诱导性多能干细胞(induced pluripotent stemcells,iPSCs)向心肌样细胞(cardiomyocytes,CMs)分化中的作用。方法:在立式显微镜下,分别摘取胚胎(12.5 d、14.5 d及16.5 d)BALB/c胎鼠、新生(出生1 d,P1)和成年BALB/c小鼠的心脏,提取总RNA,半定量及实时定量PCR分析心脏发育不同时期Integrinβ1的表达。利用悬滴培养形成拟胚体(embryoid body,EB)的方法体外诱导iPSCs向心肌样细胞分化,诱导过程中分别添加Vc和integrinβ1抑制剂(HMβ1-1)处理,共分为3组:对照组、Vc处理组和Vc+HMβ1-1处理组。诱导分化的第3、5、7天,半定量及实时定量PCR检测Oct4、integrinβ1和心肌特异性因子(α-MHC、MLC2a)。用免疫荧光染色法检测心肌特异性结构蛋白心肌肌钙蛋白I(cTnI)的表达。结果:Inte-grinβ1在心脏胚胎发育时期(E12.5、E14.5、E16.5、P1)的表达递增(P<0.01),成年期表达有所回落(P<0.01)。半定量及实时定量PCR的结果提示,Vc组α-MHC、MLC2a的表达显著高于对照组(P<0.01),加integrinβ1抑制剂HMβ1-1后表达量降低(P<0.01)。跳动EBs计数的结果提示,诱导分化第10、14、18、22、26天,Vc组跳动EBs的百分率显著高于对照组(P<0.01);而Vc+HMβ1-1组跳动EBs的百分率相对于Vc组显著降低(P<0.01)。免疫荧光染色显示,Vc组有较强的cTnI表达,添加integrinβ1抑制后,Vc+HMβ1-1组cTnI的表达明显减弱。结论:Vc可促进iPSCs向心肌细胞分化,其机制可能是通过integrinβ1介导。

小鼠诱导性多能干细胞诱导成骨分化的初步研究

目的:研究小鼠诱导性多能干细胞(induced pluripotent stem cells,i PSCs)向成骨细胞分化的能力,并观察Osterix对i PSCs成骨分化能力的影响。方法:利用体外细胞培养和病毒转染的方法,结合定量RT-PCR以及组织化学的方法检测在成骨诱导的条件下,i PSCs中成骨相关基因、蛋白的表达变化。结果:小鼠i PSCs经悬滴培养可以形成拟胚体,在成骨诱导条件下可以向成骨细胞分化。病毒转染并不影响i PSCs的多向分化潜能;与对照组相比,转染Osterix的i PSCs形成的矿化结节、碱性磷酸酶活性、成骨相关基因的表达均有明显增加(P<0.05)。结论:在成骨诱导液培养条件下,小鼠i PSCs可以作为种子细胞向成骨细胞分化,并且过表达转录因子Osterix可以进一步促进i PSCs的成骨分化。

利用piggyBac转座子构建小鼠诱导性多能干细胞及其鉴定

目的:利用piggyBac转座子载体携带鼠源Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc 4个核转录因子,重编程胎鼠成纤维细胞(MEFs)为诱导性多能干细胞(iPSCs),并探讨其作用效果。方法:分离Oct4-GFP小鼠的MEFs,将携带鼠源Oct4、Sox2、Klf4、c-Myc等4个基因的piggyBac转座子转入至MEFs;观察iPSCs克隆形成过程的形态表现;分析iPSCs染色体组成,评价iPSCs的核型变化。RT-PCR法检测小鼠iPSCs中胚胎干细胞(ESCs)相关基因Oct4、Nanog和FGF4的表达;免疫荧光、碱性磷酸酶染色和流式细胞术检测小鼠iPSCs中SSEA-1和Nanog蛋白表达。将iPSCs接种到NOD-SCID小鼠腹股沟进行畸胎瘤实验,4周后取畸胎瘤制备组织切片进行HE染色,观察组织分化情况。结果:通过piggyBac转座子成功构建iPSCs,其具有正常的核型,形态与小鼠ESCs相似,克隆边界清晰、呈圆形或卵圆形,克隆内细胞致密、核大。RT-PCR和免疫荧光染色分析,iPSCs可表达多能性基因和蛋白(Oct4、Sox2、Kif4和c-Myc)。在免疫缺陷小鼠体内接种iPSCs可形成具有3个胚层组织的畸胎瘤。结论:以piggyBac转座子为载体将Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc 4个转录因子基因导入MEFs,可以成功诱导MEFs成为具有ESCs特征的正常核型iPSCs。

过表达骨形态发生蛋白-4对小鼠诱导性多能干细胞生物学活性的影响

目的构建过表达骨形态发生蛋白-4(BMP4)基因的慢病毒载体,探讨其过表达后对小鼠诱导性多能干细胞(i PS)生物学活性的影响。方法采用慢病毒转染建立稳定过表达BMP4的i PS细胞株(BMP4过表达组),未作任何转染的细胞为空白组,转染慢病毒阴性对照组的细胞为空载体组。CCK8检测各组细胞增殖活性,碱性磷酸酶(ALP)活性检测细胞分化程度,荧光定量聚合酶链反应检测BMP4、成釉细胞蛋白(AMBN)、细胞角蛋白(CK)14、牙本质涎磷蛋白(DSPP)、骨唾液酸蛋白(BSP)及骨细胞特异转录因子Runx2的mRNA表达。结果与空白组及空载体组相比,BMP4过表达组的细胞增殖活性及ALP活性升高(P<0.05),Runx2、AMBN、CK14、DSPP、BSPmRNA的表达增加(P<0.05)。结论 BMP4基因能够促进i PS的牙向分化。

利用人类诱导性多能干细胞有望治疗胱氨酸病婴儿

据Thiyagarajan R 2023年11月30日[Int J Mol Sci,2023,24(23):17004-17004.]报道,美国布法罗大学的研究人员发现了肾脏一个关键组成部分的生成过程中出现的错误是如何导致婴儿胱氨酸病(又称肾病性胱氨酸病)的。作为一种罕见疾病,婴儿胱氨酸病会极大地缩短患儿的寿命。

CD4^(+)T细胞相关的细胞因子促使由诱导性多能干细胞衍生的中脑星形胶质细胞表现出慢性促炎症表型

星形胶质细胞是维持稳态的介质,但在帕金森病(Parkinson’s disease,PD)中参与神经炎症。越来越多的证据表明外周免疫细胞参与了PD的发病机制。因此,本研究旨在确定外周免疫细胞分泌的细胞因子在调节中脑星形胶质细胞反应性中的潜在作用。人类诱导性多能干细胞(iPSC)衍生的中脑星形胶质细胞暴露于5%和10%的CD4^(+)T细胞条件培养基(CD4CM)24小时、72小时和7天,以评估长期暴露的影响。此外,星形胶质细胞还暴露于Th17细胞细胞因子IL-17A(10 ng/mL),单独或与TNF-α(0.3 ng/mL)结合,在24小时、72小时和7天评估2种细胞因子可能的协同效应。CD4CM在中脑星形胶质细胞中引起了急性及长期的变化。观察到了NFκB向细胞核的转移增加,以及在24小时时促炎基因IL-1β和CXCL10的表达增加;在24小时和48小时时C3、LCN2和IL-6的表达增加;同时在这些时间点促炎细胞因子IL-6和CXCL10的释放也有所增加。IL-17A和TNF-α的组合对增加促炎基因表达和细胞因子释放产生了协同效应。IL-17A和TNF-α在24小时时增加了S100β的强度,在72小时时减少了细胞核面积并增加了星形胶质细胞的圆度。在72小时时观察到了γH2AX强度的协同效应,并且在7天时观察到了乳酸脱氢酶(LDH)释放的增加。我们的结果表明,IL-17A和TNF-α协同作用,增强了中脑星形胶质细胞的反应性,其程度类似于CD4CM。这突出了外周免疫细胞分泌的细胞因子在增强中脑星形胶质细胞反应状态方面的重要性,并提示了它们在PD发病机制中的可能作用。

利用piggyBac载体制备小鼠诱导性多能干细胞

小鼠体细胞可通过转入干细胞转录因子而诱导生成多能干细胞,这种干细胞称为诱导性多能干细胞(iPSC).利用逆转录病毒、慢病毒、腺病毒、质粒载体、多蛋白表达系统、合成性mRNA及microRNA已成功将小鼠和人的体细胞诱导成多能干细胞.piggyBac是转座频率较高的转座子载体,也已作为载体成功诱导出多能干细胞.为了研究以piggyBac载体诱导出的多能干细胞的体内外分化能力,利用携带Oct4,Sox2,Klf4和c-Myc转录因子的piggyBac转座载体进行了小鼠体细胞的转染诱导,结果诱导获得的iPS细胞碱性磷酸酶染色呈阳性;免疫组化染色OCT4,NANOG,SSEA-1为阳性;RT-PCR检测Oct4,Sox2,c-Myc和Klf4呈阳性.同时诱导获得的iPS细胞系在体外自发分化后,免疫组化染色AFP,BRACHYURY和NCAM1呈阳性,表明分化形成了3个胚层的细胞;该细胞系皮下注射免疫缺陷小鼠iPS细胞形成了畸胎瘤.实验发现,获得的干细胞系可与小鼠8-细胞聚合,进入到嵌合胚胎的内细胞团.这些结果表明,由piggyBac载体诱导的小鼠多能干细胞iPS具有干细胞的主要特性,包括体内外的分化能力.

诱导性多能干细胞治疗小鼠肝损伤的初步研究

目的了解诱导性多能干细胞(induced pluripotent stem cells,IPS细胞)对肝细胞损伤的治疗作用。方法取健康雄性C57小鼠28只,分为健康对照组、实验组和实验对照组。实验组小鼠腹腔内注射2500 mg/kg氨基半乳糖造小鼠肝功能损伤模型,造模2天后在实验组小鼠尾静脉注射CFSE荧光标记后的IPS细胞。在注射IPS细胞后5天、10天、15天和20天时,健康对照组、实验组、实验对照组各取两只小鼠处死,取肝脏标本,分别行冰冻切片显微镜观察荧光,石蜡切片行HE染色,取血行生物化学检查。结果IPS细胞注射入小鼠体内后,可在小鼠肝脏定植,注射IPS细胞的小鼠血中ALT、AST下降速度较未注射IPS细胞的小鼠明显加快。肝脏病理损伤恢复情况较未注射IPS细胞的小鼠明显改善。结论 IPS细胞注射入肝功能损伤C57小鼠体内,可对小鼠的肝功能损伤有一定的修复作用。

诱导性多能干细胞移植重建造血衰竭小鼠模型造血功能的研究

目的探讨诱导性多能干细胞对造血衰竭小鼠模型进行造血重建的作用。方法建立雌性小鼠造血衰竭模型,移植经天然活性物质诱导的雄性小鼠脾细胞,检测受体小鼠生存时间、外周血WBC、脾湿重及脾集落(CFU-S)数,进行G带染色体分析受体小鼠是否有Y染色体。结果经天然活性物质诱导的雄性小鼠脾细胞5×106个输注给致死剂量照射后的雌性小鼠,可明显延长其存活时间,提高受体小鼠外周血WBC数,也能增加脾湿重,提高脾集落数,经G带染色体分析进行Y染色体检测,受体小鼠骨髓检测可观察到20%的Y染色体。结论经天然活性物质诱导的小鼠脾细胞含有多能干细胞,回输注入造血衰竭的小鼠能重建小鼠造血功能。

小鼠骨髓间充质干细胞、骨髓单核细胞和胚胎成纤维细胞重编程为诱导性多能干细胞的效率比较

目的比较小鼠骨髓间充质干细胞(BMSCs)、小鼠骨髓单核细胞(BM-MNCs)和小鼠胚胎成纤维细胞(MEFs)重编程为诱导性多能干细胞(iPS细胞)的效率。方法用慢病毒LV-ef1a-mOct4-IRES-EGFP、LV-ef1amSox2-IRES-EGFP、LV-ef1a-mKlf4-IRES-EGFP和LV-ef1a-mc-Myc-IRES-EGFP感染BMSCs、BMMNCs和MEFs,通过计算碱性磷酸酶染色阳性克隆数比较这3种细胞重编程为iPS细胞的效率。用胚胎干细胞表面标记检测、胚胎干细胞内源基因检测、拟胚体形成实验和畸胎瘤形成实验验证重编程获得的iPS细胞的多能性。结果起源于小鼠BMSCs、BM-MNCs及MEFs的3种iPS细胞均能形成边缘光整的致密克隆,可表达干性基因Nanog、Rex-1、SSEA-1,并能在体内外分化为三胚层组织。但是BMSCs来源的碱性磷酸酶阳性克隆数低于BM-MNCs和MEFs来源的克隆数。结论小鼠BMSCs、BM-MNCs及MEFs均可重编程为iPS细胞,但BMSCs重编程为iPS细胞的效率低于BM-MNCs和MEFs。