软骨祖细胞的研究进展

随着老年人口的增加,以关节软骨退变为主要特点的骨关节疾病日益引起社会的关注,尤以骨关节炎（osteoarthritis,OA）表现突出。其病理表现为疾病组织内细胞功能活性降低、组织内促合成（anabol-ic）细胞因子的功能活性低于促分解（catabolic）细胞因子以及炎性因子和基质金属蛋白酶（MMP）活性增加等[1,2],引起细胞外基质的合成-降解平衡失调,导致其生物力学功能减低。研究表明发生退行性改变的OA关节软骨中软骨祖细胞（CPCs）的数量及功能活性均发生了改变,

大鼠关节软骨来源祖细胞的分离鉴定及成软骨分化

背景:关节软骨来源祖细胞具有较强的软骨分化能力,同时其成骨分化能力有限,但是经过扩增后其细胞特性是否会发生改变及如何改变目前仍没有相关报道。目的:观察不同代次关节软骨来源祖细胞增殖、成骨和成软骨能力的改变情况,并与骨髓间充质干细胞相比较。方法:利用纤连蛋白分选从关节软骨细胞中获得关节软骨来源祖细胞。通过克隆形成实验和CCK-8实验观察关节软骨来源祖细胞增殖能力改变;通过茜素红染色和成骨相关基因表达观察关节软骨来源祖细胞和骨髓间充质干细胞成骨分化潜能的变化;通过Ⅱ型胶原免疫组化染色和成软骨相关基因表达观察关节软骨来源祖细胞和骨髓间充质干细胞成软骨分化潜能的变化。结果与结论:①通过纤连蛋白分选可从关节软骨细胞中获得具有干细胞特性的关节软骨来源祖细胞,其具有较强增殖能力以及成骨、成软骨分化潜能;②CCK-8和克隆形成实验结果显示随着细胞代次的增加,关节软骨来源祖细胞增殖能力略有下降;③骨髓间充质干细胞具有较强的成骨分化潜能,并且随着细胞扩增未有明显改变,成软骨分化潜能随着细胞扩增逐渐降低;④关节软骨来源祖细胞具有较强的成软骨潜能,并且随着细胞扩增未有明显改变,成骨分化潜能随着细胞扩增逐渐降低;⑤结果表明,关节软骨来源祖细胞的成骨潜能明显低于骨髓间充质干细胞并且随着细胞扩增逐渐减低,成软骨潜能高于骨髓间充质干细胞并且随着细胞扩增成软骨能力未有明显改变,说明关节软骨来源祖细胞可能是一种更加理想的软骨组织工程种子细胞。

运动性软骨损伤的问题及潜在性治疗方案

背景:关节软骨损伤在运动中非常普遍,主要由慢性关节应力或急性创伤性扭伤引起,往往会导致关节功能进行性损害,并限制相关运动和锻炼的参与。现有的关节软骨修复技术可以修复高冲击运动所致的关节软骨损伤,但这种治疗方法不产生正常的关节软骨,限制了软骨修复的成功率和耐久性。目的:综述近年国内外治疗运动性软骨损伤中出现的问题及潜在性的治疗进展。方法:以"运动""软骨""回顾""治疗"为中文关键词,在中国知网、维普、万方等中文数据库进行检索,并以"cartilage""exercise""review""back pain""treat"作为外文关键词,在PubMed、Google Scholar、Web of Science等数据库进行检索,重点筛选近5年的文献,检索文献语种为中文和英文。共检得文献627篇,依据纳入和排除标准,最终纳入相关文献44篇。结果与结论:(1)治疗运动性关节软骨损伤的目标是减少疼痛,改善膝关节功能,最重要的是让运动员恢复到受伤前的运动水平;(2)目前已有一些手术技术已经实现可变耐用的关节软骨修复,让运动员重返体育运动和锻炼,然而手术不会产生完全正常的透明软骨;(3)研究发现,关节软骨中存在软骨祖细胞,具有迁移行为、多分化能力和克隆形成性,由于不同性质和程度的机械损伤刺激软骨祖细胞,导致凋亡0细胞释放化学引诱物,从而分化成软骨原细胞,修复损伤软骨;(4)基于此,生物打印富含软骨祖细胞的特异性骨软骨结构,以替代受损关节仍是未来的潜在性战略方案。

3D生物打印甲基丙烯酰化明胶水凝胶支架促进软骨下骨缺损的修复

背景:软骨下骨在关节正常生理活动中发挥着重要作用,一旦损伤就难以修复,而传统的骨水泥和自体骨移植治疗方式存在一定的局限性。目的:探讨以骨髓间充质干细胞或软骨祖细胞作为种子细胞,利用3D生物打印技术将其包封于甲基丙烯酰化明胶水凝胶支架中修复软骨下骨缺损的有效性。方法:利用纤连蛋白分选获得兔软骨祖细胞,利用全骨髓贴壁法获得兔骨髓间充质干细胞,对比两种细胞的增殖能力及成骨、成软骨、成脂分化能力。通过3D生物打印技术分别制作负载骨髓间充质干细胞与软骨祖细胞的甲基丙烯酰化明胶水凝胶支架,成骨诱导培养后,活死染色分析支架中的细胞存活率,qRT-PCR检测支架的成骨基因表达。在16只新西兰大白兔双侧膝关节处制备直径5 mm、深度5 mm的软骨下骨骨缺损,分4组,A组不做处理,B组植入甲基丙烯酰化明胶水凝胶支架,C组植入负载骨髓间充质干细胞的水凝胶支架,D组植入负载软骨祖细胞的水凝胶支架,术后6,12周进行骨缺损区Micro-CT扫描与组织学观察。结果与结论:(1)骨髓间充质干细胞的增殖能力及成骨和成脂分化能力强于软骨祖细胞,成软骨分化能力弱于软骨祖细胞;(2)水凝胶支架中的两种细胞均表现出良好的生存能力,并且支架中骨髓间充质干细胞的成骨相关基因骨钙素、骨桥蛋白、Runx-2 mRNA表达均高于软骨祖细胞(P<0.05);(3)动物体内修复实验Micro-CT扫描显示,C组骨组织形成最多,术后12周可见骨小梁结构形成,新生骨形态与周围的天然松质骨类似;A、B组新生骨组织最少;番红快绿结果显示,术后6周时,仅C、D组软骨下骨区域有少量新骨生成;术后12周时,A、B组开始有骨基质生成,C组显示出软骨下骨的大量修复且新骨生成量多于D组;(4)结果表明,骨髓间充质干细胞与3D生物打印的甲基丙烯酰化明胶水凝胶是适合于骨组织工程的种子细胞与支架材料。

基于生物信息学分析骨关节炎中软骨生成祖细胞损伤的差异基因及中药预测

目的:通过生物信息学方法分析骨关节炎(OA)中软骨生成祖细胞(CPC)损伤的差异基因表达,并找出关键基因来预测可用于诊断或治疗CPC损伤的生物标志物及中药。方法:从GEO数据库下载CPC数据。共包含样本8例。以R语言处理数据,得到差异表达基因。再使用DAVID数据库对差异表达基因进行基因本体(GO)功能及京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路富集分析。对显著差异表达的前100个差异表达基因进行分析后绘制蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络图。比较关键基因在OA组织及正常组织中的表达水平。筛选网络中显著模块及关键基因,最后预测作用于关键基因的中药。结果:共筛选出DEGs 1027个,其中上调基因327个,下调基因700个。DEGs显著富集于细胞外基质(ECM)受体相互作用、金黄色葡萄球菌感染、粘着斑、人乳头瘤病毒感染、磷脂酰肌醇-3-激酶-蛋白激酶B(PI3K-Akt)信号通路、肺结核等通路。前7个关键基因为:基质金属肽酶3(MMP3)、脂多糖结合蛋白(LBP)、基质金属肽酶1(MMP1)、脂质运载蛋白(LCN2)、人血浆丝氨酸蛋白激酶(SERPINA5)、成纤维细胞生长因子23(FGF23)、颗粒酶B(GZMB)。其中MMP3和LBP为核心基因。MMP3和LBP出现显著表达,预测出治疗CPC损伤的潜在代表中药有黄芩、淫羊藿、桃仁等。结论:MMP3和LBP的显著表达有助于区分OA中的CPC,并且有望成为诊断和治疗CPC损伤的生物标志物。

不同年龄耳廓来源软骨细胞的生物学特性研究

目的探讨不同年龄来源耳廓软骨的组织结构,软骨细胞的增殖、分化能力,以及相关基因和细胞表面标志物的表达差异。方法耳廓软骨组织来源为中国医学科学院整形外科医院收治的22例小耳畸形患者,年龄6~28岁,分为儿童组(6~12岁)、青少年组(13~18岁)和成人组(21~28岁)。提取得到不同年龄来源耳廓软骨细胞后,分别检测其增殖分化能力;同时应用荧光定量PCR检测细胞增殖和软骨细胞外基质相关基因在不同年龄软骨细胞中的表达差异;利用流式细胞术、免疫荧光、免疫组化等技术,检测间充质干细胞标志物CD90、CD44、CD73、CD105在这些细胞中的表达差异。结果儿童组耳廓软骨细胞的增殖能力较强,与成人组比较差异有统计学意义(P<0.05),与青少年组比较差异同样具有统计学意义(P<0.01);青少年和成人组软骨细胞增殖能力较弱;随着年龄的增加,软骨细胞外基质相关基因COL2A1的表达不断上升,儿童组与成人组比较P<0.01,青少年组与成人组比较P<0.01。细胞成骨分化能力随年龄的增长不断降低(P<0.05);但不同年龄来源软骨细胞的成脂分化能力比较差异无统计学意义;流式和荧光定量PCR的结果均表明间充质干细胞标志物的表达随着年龄的增长逐渐降低,以CD90最为明显(P<0.01)。结论年龄因素影响耳廓软骨组织来源细胞的生物学特性及干细胞含量。