控制间充质干细胞牙向分化功能是促进牙齿组织再生的关键

牙齿组织缺损、缺失是人类的常见病、多发病,严重影响患者的咀嚼、言语、消化等口颌功能和身心健康。现有的牙齿组织缺失修复方法属于非生物性的修复,难以完全恢复天然牙的结构与功能。随着生物技术的发展,利用间充质干细胞结合组织工程技术再生牙齿组织是牙齿组织生物性再生修复研究的前沿及关键课题。但目前在牙齿组织再生过程中,间充质干细胞如何进行牙向分化,其功能、调控作用与机制仍未完全明确,限制了其研究及临床转化应用。因此,阐明间充质干细胞牙向分化功能及调控是促进间充质干细胞介导的牙齿组织再生的关键,具有重要的科学意义及临床应用价值。

小鼠牙乳头间充质细胞自发牙向分化及相关基因表达分析

目的观察小鼠牙乳头间充质细胞在血清培养基中的自发牙向分化,并对其特异性牙向和骨向分化的相关转录因子的基因表达进行分析。方法获取孕16.5 d(E16.5 d)胎鼠的原代牙乳头间充质细胞,分别在含血清培养基和添加白血病抑制因子(LIF)的血清培养基中传代培养,观察细胞是否出现成牙本质细胞表型分化,并检测牙向分化表型和维持未分化表型的细胞的特异性转录因子的mRNA表达情况。结果单纯血清培养基培养的牙乳头间充质细胞可在第4代后自发分化为成牙本质细胞表型;而添加106U/L LIF的含血清培养基,可使小鼠牙乳头间充质细胞的未分化表型稳定至第9代。无论细胞是否出现牙向分化,表现成牙间充质细胞特性的Msx1/Msx2、Pax9、Lhx6/Lhx7均有表达;而成牙本质细胞表型分化后尚能检测到DSPP、Sox9、Cbfα1、Osx等启动向矿化组织细胞终末分化的特异性基因表达。结论牙乳头间充质细胞的自发牙向分化模型可作为诱导其他成体间充质干细胞牙向分化时的阳性对照,其基因表达模式可为研究其他成体干细胞牙向分化后在基因水平上的变化提供佐证。

活化α7乙酰胆碱受体促进LPS刺激的人牙髓干细胞牙/骨向分化

目的:探讨活化α7乙酰胆碱受体(alpha 7 nicotinic acetylcholine receptor,α7-nAChR)联合钙离子(calcium ion,Ca^(2+)对LPS刺激的人牙髓干细胞(dental pulp stem cell,DPSC)牙/骨向分化的影响。方法:分离培养DPSC,流式细胞术对DPSC进行表面标志物表达鉴定。CCK-8检测α7-nAChR激动剂PNU-282987和Ca^(2+)对DPSC增殖的影响。通过碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)活性和染色筛选PNU-282987促进DPSC表达ALP活性的最佳浓度。用大肠杆菌脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)模拟炎性微环境刺激DPSC。采用免疫印迹分析(Western blot,WB)、实时定量聚合酶链反应(quantitative real-time polymerase chain reaction,RT-qPCR)和茜素红染色等方法检测牙/骨向分化的相关蛋白:Ⅰ型胶原(typeⅠcollagen,COL-I)、牙本质涎磷蛋白(dentin sialoprotein,DSPP)、骨钙素(osteopontin,OPN)、ALP、核心转录因子-2(runt-related transcription factor 2,RUNX2)、成骨细胞特异性转录因子(osterix,OSX),相关基因(COL-I、DSPP、OPN、ALP、RUNX2、OSX)和矿化基质表达情况。Fura-2AM用于检测细胞内Ca^(2+)流动情况。结果:CCK-8实验显示,PNU-282987浓度低于10μmol/L时对细胞增殖无抑制作用,且此浓度处理LPS刺激的DPSC后ALP活性增加最明显;Ca^(2+)浓度低于2 mmol/L对细胞增殖无抑制作用;Western blot和RT-qPCR实验显示,PNU-282987及Ca^(2+)处理后的LPS刺激的DPSC牙/骨向分化相关蛋白(COL-I、DSPP、OPN、ALP、RUNX2、OSX)和相关基因(COL-I、DSPP、OPN、ALP、RUNX2、OSX)的表达及矿化基质形成均明显上调,二者联合后上调最显著(P <0.001)。Fura-2 AM钙离子探针结果显示DPSC细胞内Ca^(2+)浓度增加。结论:10μmol/L PNU-282987联合2 mmol/L Ca^(2+)可以促进LPS刺激的DPSC的牙/骨向分化能力。

神经嵴来源的外胚间充质细胞在成牙向分化机制方向的研究进展

牙齿的缺失常常给人们的口腔健康、功能、美观造成影响,缺失牙如何修复一直是口腔研究领域中备受关注的热点之一。目前,随着生物技术和组织工程学的不断发展,用干细胞构建组织工程化牙齿,从而实现牙体组织再生的技术受到越来越多的青睐和关注。神经嵴细胞作为胚胎发育早期出现的高度迁移性干细胞群,其迁移、分化和牙齿的发生和发育密不可分。牙齿的发育主要与外胚间充质细胞和外胚层表面上皮细胞之间的相互作用有关,这些相互作用主要通过骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)。

雌激素缺乏对大鼠根尖牙乳头干细胞增殖及牙向/骨向分化能力的影响

目的:探讨雌激素缺乏对大鼠根尖牙乳头干细胞(SCAPs)增殖及牙向/骨向分化能力的影响。方法:选取20只8周龄雌性SD大鼠随机分为假手术(Sham)组和卵巢去势(OVX)组,每组各10只。全麻下OVX组摘除双侧卵巢,Sham组行相同切口保留双侧卵巢,术前、术后1个月分别检测两组大鼠血清雌二醇水平。1个月后每组各处死5只大鼠,分离切牙根尖牙乳头组织,酶消化法分离培养两组SCAPs,采用MTT、碱性磷酸酶(ALP)活性检测、实时荧光定量PCR、Western blot检测雌激素缺乏对大鼠SCAPs增殖及成牙/成骨向分化能力的影响。将两组SCAPs细胞以明胶海绵为载体分别植入对应组别大鼠肾被膜下,8周后取出植入组织,使用数字化X线牙片机对取出团块曝光成像及HE染色观察其矿化能力。结果:OVX组大鼠去势1个月后血清雌二醇水平显著低于术前(P<0.001),Sham组大鼠血清雌二醇水平术前、术后差异无统计学意义(P>0.05)。MTT结果显示,OVX组SCAPs增殖能力显著下降(P<0.001)。ALP活性检测结果显示,OVX组SCAPs的ALP活性低于Sham组(P<0.001)。实时荧光定量PCR和Western blot结果均表明OVX组SCAPs的牙本质涎磷蛋白(DSPP)、成骨细胞特异性转录因子Osterix(OSX)、骨钙素(OCN)等成牙/成骨相关基因和蛋白表达低于Sham组(P<0.01)。体内移植结果显示,Sham组形成密度较高的较规则牙髓-牙本质复合体,而OVX组形成不规则结构。结论:雌激素缺乏减弱大鼠SCAPs的增殖及牙向/骨向分化能力。

过表达牙本质涎磷蛋白的骨髓间充质干细胞部分牙向和骨向分化基因的表达

目的观察小鼠骨髓间充质干细胞(BM-MSC)过表达牙本质涎磷蛋白(DSPP)后的形态学改变,并研究其部分牙向及骨向分化基因的表达情况。方法体外培养小鼠BM-MSC,通过腺病毒介导的方式将DSPP基因转染小鼠BM-MSC,通过标记基因GFP检测转染效率,观察转染后细胞的形态学改变,RT-PCR方法检测过表达DSPP的BM-MSC有无成牙和成骨基因的mRNA表达。结果成功获得小鼠BM-MSC,经腺病毒介导的DSPP基因转染BM-MSC的转染效率可达42.7%,转染后的细胞出现分化,似成牙本质样细胞。转染后细胞表达DSPP、DMP1、Msx1/2、Pax9、Lhx6/7、Sox9、Cbfα1、Osx、Col等多种牙向和骨向发育分化基因。结论过表达DSPP的BM-MSC出现细胞分化,并可表达多种牙向及骨向发育分化的基因。

过表达Msx1、Pax9和Bmp4对牙髓干细胞牙向分化的影响

在组织工程研究领域中,利用干细胞进行牙齿再生是一种途径。目前,研究认为牙齿的发育过程是上皮与间充质相互诱导的结果,利用干细胞进行再生牙齿时也需要有上皮源性和间充质源性干细胞的参与。牙髓干细胞是牙齿自体的干细胞,具有多向分化潜能,在牙齿再生中是一种理想的间充质源性干细胞。该研究通过慢病毒介导在牙髓干细胞中分别过表达人Msx1、Pax9和Bmp4基因,研究其对牙向分化的诱导潜能。过表达这三个基因均能显著提高牙髓干细胞碱性磷酸酶的水平,并且促使牙髓干细胞表达成牙本质细胞标志蛋白——牙本质涎磷蛋白、骨钙素、骨桥素和形成钙化组织。但在诱导牙向分化的能力上,三个基因有一定的区别。过表达Msx1基因对牙髓干细胞体外诱导牙向分化能力最为明显,其次是Bmp4基因,过表达Pax9在促进牙髓干细胞表达骨桥素和钙质形成上不是很显著。

脐带间充质干细胞牙向分化的可行性研究

再生医学近年来受到越来越多的重视。它开启了治疗由于老化,损伤及一些先天性缺陷所造成的缺损畸形的新途径。其临床应用已涉及到各种组织的修复,包括血液,皮肤,角膜,软骨和骨等。在口腔领域,目前治疗牙缺失主要依靠修复体,种植体和牙移植。然而这些方法都存在一定的缺陷。而通过再生医学的原理和方法实现牙再生治疗可以为机体提供有生命的,有功能的,相容性好的组织结构。种子细胞是牙再生的基础与关键。在牙再生研究中,牙髓间充质干细胞,牙乳头细胞,牙周膜间充质细胞,牙囊细胞及牙源性上皮细胞等牙源性干细胞常通过诱导分化为成釉细胞或成牙本质细胞来作为种子细胞应用,在临床上却难以获取,近来研究也有用骨髓间充质干细胞或脂肪间充质干细胞细胞等非牙源性干细胞者,但其牙向分化能力及分化调控机制还不明确。脐带间充质干细胞在新近的研究中较其它非牙源性干细胞表现出更大的优势,脐带间充质干细胞更原始、具有更高可塑性、更大扩增分化潜能。在此,本文就脐带间充质干细胞向牙细胞系分化的可能性做一论述,并对其可能实现的牙向分化给出可能的方法和策略,为牙再生种子细胞的选取提供新的思路。

脱矿牙本质基质诱导骨髓间充质干细胞向成牙本质样细胞分化的体外实验研究

目的:观察脱矿牙本质基质(demineralized dentin matrix,DDM)与大鼠骨髓间充质干细胞(rat bone marrow mesenehymal stem ceils,rBMSCs)的生物相容性及其作为支架材料对BMSCs的牙向诱导作用。方法:分离培养BMSCs,分别用四唑盐比色法(MTS)、茜素红染色法、碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)和逆转录聚合酶链式反应(reverse transcription-polymerase chain reaction,RT-PCR)方法观察DDM生物材料对BMSCs增殖活性和牙向分化能力的影响。结果:DDM能显著促进体外培养的BMSCs的增殖、诱导细胞的矿化和提高细胞ALP活性;同时还能诱导BMSCs在mRNA水平表达牙本质涎磷蛋白(dentin sialophosphoprotein,DSPP)和牙本质基质蛋白(dentin matrix protein1,DMP-1)。结论:体外培养条件下,DDM与BMSCs有良好的生物相容性,能够诱导BMSCs牙向分化。

改良酶消化法分离培养人乳牙牙髓干细胞

背景:乳牙牙髓干细胞具有极强的增殖活力,可以在短期内获得组织工程需要的细胞量。目的:比较传统酶消化法和改良酶消化法获取人乳牙牙髓干细胞的成功率及生物学特性。方法:取无龋滞留乳切牙12颗,随机数字表法均分为两组,分别应用传统酶消化法和改良酶消化法分离获取乳牙牙髓细胞,在不同代次细胞中检测细胞扩增天数、收获量、生长曲线、倍增时间、克隆形成率、细胞表面特异标记物STRO-1、CD146、CD34和CD45的表达。细胞成骨、成脂诱导分化能力及通过检测碱性磷酸酶和牙本质涎蛋白表达水平,判定细胞牙向分化潜能。结果与结论:两组细胞生长曲线,扩增天数、细胞收获量及细胞倍增时间相比,差异有显著性意义(P<0.05);牙向分化实验结果显示,改良酶消化法碱性磷酸酶和牙本质涎蛋白较传统酶消化法和对照组而言呈强阳性表达。然而,两组在克隆形成率、细胞表面特异标记物及多项诱导分化等方面差异无显著性意义(P>0.05)。说明改良酶消化法与传统酶消法相比,可在较短时间内完成同源乳牙牙髓干细胞体外扩增培养,可为牙齿再生治疗提供高质量种子细胞,是乳牙牙髓干细胞体外培养的可靠方法。

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。