体外培养脂肪组织来源干细胞与胶原/壳聚糖复合支架的亲和性

目的:制备适合脂肪组织来源的干细胞生长的支架,观察复合支架各组成的体积比率与细胞培养的亲和性。方法:实验于2006-09/2007-01在大连理工大学干细胞与组织工程研发中心完成。①实验方法:将3.55g/LⅠ型胶原和20g/L壳聚糖分别以9∶1,7∶3,5∶5,3∶7,1∶9的体积比混合冻干,碳化二亚胺/N-羟基琥珀酰亚胺交联后再次冻干并进行分析。②实验评估:扫描电镜观察不同材料交联前后的微观结构;IPP软件分析计算支架的平均孔径;测量支架的吸水性和孔隙率;通过胶原酶检测支架的体外生物可降解性;扫描电镜和苏木精-伊红染色观察脂肪组织来源的干细胞在复合支架上的生长情况。结果:①交联前后的微观结构:冻干后的各种支架材料呈白色,表面粗糙,材料内部呈海绵状多孔隙结构,其中以胶原/壳聚糖体积比为9∶1的复合支架最为疏松,1∶9的支架最致密。扫描电镜下支架的胶原含量越高,支架内的胶原丝越多,支架的孔与孔之间相互连通构成了通孔。交联前后支架的形态结构无明显改变。②支架的平均孔径:交联后体积比为9∶1,7∶3和5∶5的复合支架孔径50～200μm,可用于细胞的三维培养。③支架的吸水性和孔隙率:体积比为5∶5的复合支架的吸水性和含水量最高,而7∶3次之;多孔支架在水中未发生明显的溶胀现象;支架的孔隙率均在90%以上。④支架的体外生物可降解性:未交联的支架随着胶原含量的减少,支架的降解速率增加。而交联后随着胶原含量的减少,降解速率减慢,交联后的复合支架降解速度较未交联慢。⑤脂肪组织来源的干细胞在复合支架上的生长情况:脂肪组织来源的干细胞在支架上培养5d后扫描电镜观察细胞在7∶3的支架上爬行生长并融合成片,苏木精-伊红染色观察支架孔内及表面出现大量的细胞团,并融合成片状,而5∶5支架上黏附生长的细胞较少。结论:结合支架的孔径、吸水性、孔隙率、体外生物可降解性和细胞与支架的生物相容性,可知体积比为7∶3的复合支架对脂肪组织来源的干细胞的亲和性较好,适于脂肪组织来源的干细胞的三维培养。

人脂肪组织来源干细胞生物学特性研究

为进一步研究脂肪组织来源的干细胞增殖和多向分化潜能,用改进的方法分离脂肪组织来源的干细胞,通过cck-8检测细胞的增殖能力、流式细胞仪检测干细胞相关表面标记的表达、RT-PCR对干细胞相关基因的表达进行分析;并对分离得到的细胞向脂肪、软骨、骨及心肌细胞诱导,观察其多向分化能力.结果显示:采用改进的方法,从400～600mg脂肪组织可收获约5×105个脂肪组织来源的干细胞,并且细胞可以重叠生长1个月以上,期间细胞表现出几个对数增殖期;所有增殖的细胞其干细胞相关表面标记都呈阳性表达;转录因子Nanog、Oct-4、Sox-2和Rex-1也呈强阳性表达;ADSCs向脂肪、骨、软骨和心肌细胞诱导分化后能够分别表达脂滴、碱性磷酸酶和矿化结节、富含黏多糖的软骨细胞外基质,以及少量心肌特异性连接蛋白Connexin-43,表明ADSCs具有向多个胚层细胞分化的能力.此外,为获得更多具有强增殖能力的细胞,根据生长曲线,对细胞进行每14d传代而非传统的5d传代,发现所得到的细胞仍保持强的增殖能力、干细胞表型以及更强的多向分化潜能.

人脂肪组织来源干细胞在心脏疾病治疗中的应用

目的:综述人脂肪组织来源干细胞的生物学特性及其在缺血性心脏病中的应用,分析不足,并在此基础上提出未来研究要解决的问题,以期为临床治疗提供依据。资料来源:应用计算机检索Blackwell、Elsevier、Pubmed数据库1980/2007期间脂肪源性干细胞与缺血性心脏病方面的文献,检索词为“bone mesenchymal stem cells,adipose derived stemcells,cardiomyocytes,ischemic heart disease”等。应用计算机检索中国期刊全文数据库1980/2007期间相关文献,检索词为“骨髓间充质干细胞,脂肪组织来源的干细胞,心肌细胞,缺血性心脏病”等。并手工查阅相关书籍。资料选择:对资料进行初步选择:①脂肪组织来源干细胞的生物学特性。②脂肪组织来源干细胞治疗缺血性心脏病。排除重复文献。资料提炼:共搜集到相关文章57篇,删除内容重复及与本文主题关系较远的文章,剩余41篇作为综述参考。资料综合:脂肪组织来源干细胞与同样起源于中胚层的骨髓基质细胞不仅具有非常相似的生物学特性,而且在细胞表面标志谱的表达方面也非常相近。并且脂肪组织来源广泛,取材方便,可获得的基质细胞数量大,易于培养扩增。有研究发现,脂肪组织来源干细胞体外培养不需要任何诱导便能分化成具有自律性的心肌细胞,使得脂肪组织来源干细胞治疗缺血性心脏病成为可能。结论:脂肪组织来源干细胞在取材和增殖方面较骨髓间充质干细胞有优势;脂肪组织来源干细胞能较好的诱导为心肌细胞,将为缺血性心脏病的治疗提供更广阔的前景。

原儿茶酸促进人脂肪干细胞体外增殖的研究

为了寻找能够促进干细胞增殖的药物,观察了中药益智仁(Alpinia oxyphylla)中提取的原儿茶酸对人脂肪干细胞体外增殖的影响,并对其作用机制进行了初步的探讨.人脂肪干细胞能在体外分化为神经元样细胞,并对凋亡的PC-12细胞起到保护作用.原儿茶酸能够促进人脂肪干细胞的增殖,且呈现明显的剂量依赖性和时间依赖性.流式细胞术检测细胞DNA含量的结果显示,原儿茶酸处理组细胞S期所占比例明显增加,其中,1.5mmol/L原儿茶酸处理组细胞S期所占比例与对照组相比增加2倍以上.同时,该组细胞G2/M期所占比例明显增加,G0/G1期所占比例明显下降.蛋白质免疫印迹结果显示,1.5mmol/L原儿茶酸处理组细胞周期素D1(cyclin D1)的表达明显升高.cyclin D1-siRNA转染显著抑制了原儿茶酸对人脂肪干细胞体外增殖的促进作用.流式细胞术检测细胞表面标志物,成骨诱导和脂肪诱导的结果显示,原儿茶酸处理后,人脂肪干细胞仍保持间充质干细胞多分化潜能的特性.上述结果提示,原儿茶酸有可能在人脂肪干细胞介导的干细胞移植治疗中发挥作用.

IGF-1和动态微环境对脂肪干细胞向心肌细胞分化作用的研究

体外组织工程模型中,生物化学和机械信号对心肌再生起着很重要的促进作用,对人胰岛素样生长因子(IGF-1)和三维动态微环境对脂肪干细胞向心肌细胞分化过程中的促进作用进行了研究.带有IGF-1基因的质粒整合到胶原-壳聚糖支架中,脂肪干细胞接种到整合质粒的支架内,未整合质粒的支架作为对照组,心肌细胞培养基作为分化培养基,转瓶生物反应器提供动态微环境.经2周分化培养后,检测质粒在支架内释放及表达情况、细胞在支架内的活性以及心肌功能性蛋白和基因的表达.结果表明:动态微环境能促进质粒DNA的释放和转染;IGF-1可促进脂肪干细胞在胶原-壳聚糖支架内增殖以及向心肌细胞分化;动态微环境可加强IGF-1的促增殖分化作用.因此,IGF-1和动态微环境能独立或相互促进脂肪干细胞在胶原-壳聚糖支架内活性,动态微环境还可强化IGF-1对脂肪干细胞的促分化作用.对体外构建工程化心肌组织进行心肌再生研究有着重要的指导意义.

原儿茶酸促进人脂肪干细胞体外迁移研究

研究了益智仁中提取的原儿茶酸对人脂肪干细胞(hADSCs)体外迁移的影响.实验采用明胶包被的Transwell细胞培养池,观察到适宜浓度的原儿茶酸可显著促进人脂肪干细胞体外迁移,其作用呈现明显剂量依赖性.同时,1.5 mmol/L原儿茶酸促进hADSCs迁移的作用最强且呈现时间依赖性.RT-PCR和荧光定量PCR结果显示,经原儿茶酸处理后,人脂肪干细胞膜型基质金属蛋白酶-1(MT1-MMP)的表达明显升高.酶谱分析发现,经原儿茶酸处理后,干细胞的活性型基质金属蛋白酶-2(MMP-2)增加.抗体阻断实验显示,细胞迁移能力的增强与MT1-MMP的表达升高和MMP-2的活化增强有关.最后,人脂肪干细胞鉴定结果表明,经原儿茶酸处理后的人脂肪干细胞仍保持间充质干细胞多分化潜能的特性.因此,原儿茶酸有可能在脂肪干细胞移植的治疗中发挥作用.

心肌样微环境诱导脂肪干细胞分化的研究

微环境在促进干细胞分化过程中起着重要的作用,研究心肌样微环境介导脂肪干细胞向心肌细胞分化有重要意义.将脂肪干细胞与心肌细胞直接或通过细胞培养小室间接共培养,检测脂肪干细胞的分化情况.对于直接共培养体系,采用绿色荧光蛋白CFSE对脂肪干细胞进行标记,然后与心肌细胞以1:5混合后进行直接共培养,2周后,通过流式细胞仪分选分化的脂肪干细胞,并检测其分化情况.检测方法包括:扫描电镜和透射电镜观察细胞的超微结构;免疫细胞化学检测心肌特异性肌球蛋白重链(MHC)、肌钙蛋白(TnⅠ)和连接蛋白(Cx43);Western blot定量分析;RT-PCR检测心脏特异性转录因子mRNA的表达.结果表明,分化的脂肪干细胞呈现心肌样超微结构,并表达心肌特异性蛋白和转录因子,并且直接共培养体系中分化的脂肪干细胞其表达率明显高于间接共培养体系中的表达率.因此,在心肌样微环境中,除了可溶性细胞因子对分化起作用以外,心肌细胞产生的机械牵拉对脂肪干细胞向心肌细胞分化也起着重要的作用.

人脂肪干细胞诱导分化为心肌样细胞的研究

体外分离培养成人脂肪组织来源的间充质干细胞,探索其基本生物学特性及向心肌样细胞诱导分化的潜能。体外分离培养人脂肪干细胞并诱导其向脂肪、成骨和软骨细胞分化,采用倒置相差显微镜观察细胞的形态学特点,用油红、碱性磷酸酶、von Kossa和甲苯胺蓝染色鉴定其分化情况,流式细胞仪测定细胞表面抗原CD34、CD44、CD45及HLA-DR的表达,采用血管紧张素Ⅱ诱导人脂肪干细胞向心肌样细胞分化,并与5-氮胞苷诱导结果对比。结果表明:分离培养的脂肪干细胞呈"梭形"生长,核大;流式细胞仪检测阳性表达CD44,CD105,阴性表达CD34,CD45及HLA-DR;脂肪、成骨和软骨的诱导分化证明所分离培养的细胞是间充质干细胞。血管紧张素Ⅱ诱导4周后,心肌肌钙蛋白cTn-I、缝隙连接蛋白43、肌球蛋白重链MHC呈阳性表达,但未见细胞的自发性搏动。脂肪干细胞具有间充质干细胞的特征,在一定条件下能向心肌样细胞分化,是一种有潜力的治疗心肌梗死的细胞源;血管紧张素Ⅱ能诱导人脂肪干细胞向心肌样细胞分化,可以用来替代传统的诱导剂5-氮胞苷。

在大鼠创伤性脑损伤模型中神经干细胞移植对突触素表达的影响

目的探讨神经干细胞(NSCs)移植对创伤性脑损伤(TBI)模型大鼠感觉运动功能的恢复作用及其对损伤脑组织中突触素(SYP)表达的影响。方法体外培养大鼠胚胎皮质NSCs;采用Feeney法制备TBI模型,于造模后72h,移植组采用PKH26荧光示踪剂标记的NSCs直接移植于脑损伤区,对照组以等量生理盐水代替NSCs;分别于移植后不同时间点,采用Gridwalk和Latency试验检测TBI大鼠的感觉运动功能;荧光显微镜下计数移植细胞的存活数量;采用免疫印迹和RT-PCR技术检测脑损伤区及周围组织中SYP的表达。结果 NSCs移植大鼠前、后肢功能分别在移植后第2w和4w恢复至手术前水平,而直到第8w,对照组大鼠后肢功能和通过平板移动时间与NSCs移植组和基线比较仍有显著性差异(P<0.05)。移植的NSCs随移植时间延长存活数量减少,移植后第4w和8w的存活数分别为6.3%±1.0%和4.1%±0.9%。在移植后的8w期间,移植组脑损伤区及周围组织中SYP的表达均明显高于对照组(P<0.05)。结论移植的NSCs在TBI脑内能够存活,并明显改善了TBI大鼠对侧肢体的感觉运动功能;NSCs移植促进了脑损伤区及周围组织中SYP的表达,这可能是NSCs移植促进功能恢复的机理之一。

脐血造血干/祖细胞与脂肪干细胞共培养的作用距离研究

设计了一种细胞间距可调的trans well共培养方法，以研究脐带血来源的造血干／祖细胞（HS／PCs）和人脂肪干细胞（human-adipose derived stem cells，h-ADSCs）体外共培养时细胞间作用距离对造血干细胞扩增能力和脂肪干细胞在共培养后干细胞特性的影响。采用不同规格的砂纸打磨孔板的上壁面，经高精度游标卡尺测量，使两种细胞之间的有效接触间距为10--450μm不等。然后以h-ADSCs为基质细胞，分别考察HS／PCs和h-ADSCs在不同的作用距离下的共培养情况。其间每24小时对细胞进行计数，观察细胞形态。培养7天后对MNCs表面抗原CD34＋、CFU-GM集落扩增倍数进行了检测；同时也对h．ADSCs表面抗原（CD13、CD29、CD34、CD44、CIM5、CD73、CD105、CD166、HLA-DR）及其多向分化潜能（成骨、成软骨、成脂肪）进行分析以鉴定其干细胞性能。结果表明，通过transwell共培养，细胞之间在作用距离为350gm时HS／PCs的扩增效果最好，其中造血MNCs扩增了15．1±0．2倍，CD34＋扩增了5．0±0．1倍：扩增的h-ADSCs表达CD29、CD44、CD166，而不表达CD34、CD45，且在适当诱导条件下可以向成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞分化。

多顺反子质粒重编程人脂肪干细胞为诱导多能干细胞

为建立多顺反子质粒载体转染技术获得人脂肪干细胞(adipose stem cells,ASCs)来源的诱导多能干细胞(inducedpluripotency stem cells,iPSCs),应用2A元件连接Oct4/Sox2/KLF4/c-Myc四因子基因,构建为单一开放阅读框的多顺反子质粒载体.使用该质粒对ASCs进行转染及重编程为iPSC.采用形态学观察、特异性抗体免疫荧光鉴定、体外拟胚体诱导分化和体内畸胎瘤形成等方法进行鉴定.结果显示,ASCs成功重编程为iPSCs,具有与人胚胎干细胞相似的形态学及多向分化潜能;通过拟胚体和畸胎瘤实验证实iPSCs能在体内外分化成三胚层细胞;DNA印迹实验显示质粒载体序列未整合至iPSCs基因组中.因此,通过多顺反子质粒载体重编程技术成功建立的人iPSCs具有多向分化潜能,可减免发生插入突变和免疫排斥问题,为iPSCs在遗传性或退行性疾病的治疗奠定了实验基础.

适于肝干细胞培养的壳聚糖—硫酸肝素—透明质酸复合支架

目的选用适宜的三维支架在体外构建类似于体内的肝干细胞(HSCs)生长的微环境。方法以壳聚糖、硫酸肝素和透明质酸三种材料为原料,以冷冻干燥法制孔技术制备壳聚糖-硫酸肝素-透明质酸(C-HS-Ha)三维(3D)多孔隙复合支架,检测该支架的吸水率、孔隙率、孔径及降解率后,接种HSCs注入此支架,通过检测细胞在支架上的黏附率、细胞在支架内的形貌以及生长活力等情况来评价支架。结果吸水率、孔隙率、孔径及降解率都适合细胞生长;壳聚糖-透明质酸(C-Ha)支架与C-HS-Ha复合支架相比较,细胞黏附率前者约为后者的50%,细胞增殖数约是后者的75%;HSCs在支架内相互连接并贯穿孔间交织成网状。结论 C-HS-Ha复合支架是一种适于HSCs生长和增殖的材料,有望作为体外三维环境的支架材料并被用于组织工程和药物筛选等。

低氧环境中微囊化成骨细胞支持造血干/祖细胞扩增

在模拟骨髓造血壁龛(hematopoietic niche)的氧分压条件下,探讨微囊化成骨细胞(osteoblasts,OB)对脐血造血干/祖细胞(HSPC)体外扩增的支持和调控机理.分离培养人髂骨OB,采用聚电解质络合法将第3代的OB以密度为8×105ml包埋在直径为0.5mm的明胶-海藻酸钠-壳聚糖(GAC)微胶珠中.将微珠+造血干/祖细胞(A′组)、造血干/祖细胞(B′组)及微珠(C′组)置于6孔板,在5%氧分压下进行培养.同时在20%常氧条件下设置同样分组培养作为对照(A,B,C).通过流式细胞分析和半固体细胞集落培养,观察比较各培养体系中造血干/祖细胞的扩增,并检测体系内白血病抑制因子(LIF)和白介素-6(IL-6)的含量变化以探讨作用机理.经过倒置相差显微镜观察,人成骨细胞在微珠中分散均匀,生长状态良好.微珠内部有丰富的孔道供营养物质传递,有大量造血干/祖细胞弱黏附于微珠表面.经过7天的培养,A′、B′、A、B四组造血细胞的扩增倍数分别为(49.0±4.6),(3.3±0.5),(17.7±1.2)和(1.9±0.2).A′、B′、A组的CD34+细胞分别扩增了(87.6±8.3),(2.2±0.3)和(14.9±1.0)倍,B组则出现下降.A′、B′、A、B四组CFU-Cs集落扩增倍数分别为(9.8±0.8),(3.5±0.4),(6.9±0.7)和(2.6±0.2).低氧共培养体系比常氧共培养体系和非共培养体系对造血干/祖细胞的扩增有更大的促进作用.A′、B′、C′中IL-6和LIF含量明显高于对应的A、B、C组,与扩增倍数的差异相对应.微囊化成骨细胞对造血干/祖细胞扩增有明显的促进作用,5%氧分压接近体内造血壁龛氧环境,在此环境中成骨细胞分泌细胞因子量增多并通过其对造血干/祖细胞的扩增进行调节.

成骨细胞不同体外培养方式的耗氧速率检测

背景:近年来组织工程种子细胞结合微胶囊技术在细胞治疗、基因治疗和药物控制释放等方面的应用越来越广泛,检测成骨细胞的耗氧量和耗氧速率,可为成骨细胞在不同培养模式中的体外培养、扩增和工程化骨组织的三维构建以及以上方面的实验提供相关的理论依据。目的:实验拟对比成骨细胞在体外静态直接培养和包囊培养两种不同方式中的耗氧量和耗氧速率。设计、时间及地点:对比观察,于2007-03/09在大连理工大学精细化工国家重点实验室干细胞与组织工程研发中心完成。材料:出生二三天SD大鼠10只,SPF级,雌雄不拘;海藻酸钠溶液购自天津远航化学品有限公司。方法:无菌条件下取大鼠颅骨,剔净后剪成1mm×1mm碎组织块,经2.5g/L胰蛋白酶溶液和1g/LⅡ型胶原酶溶液分别消化后,加入含体积分数为0.1小牛血清的DMEM培养基,调节细胞浓度为109L-1后接种在T-25培养瓶内。取二三代细胞分别接种于培养瓶中直接静态培养和经海藻酸钙微胶囊包囊后培养。主要观察指标:倒置相差显微镜下观察成骨细胞在静态培养瓶中和包囊培养过程中的黏附、伸展、分布情况,并测定细胞生长曲线。检测成骨细胞的生物学性能及不同体外培养方式中成骨细胞消耗氧的速率。结果:①原代培养的成骨细胞为贴壁生长,形态多为梭形或多边形。经包囊培养后成骨细胞在海藻酸钙微胶珠中呈圆形,细胞分布均匀。②体外培养的成骨细胞各种生物学性能良好。③体外静态培养瓶与包囊培养效果良好,耗氧速率分别为5.56×10-6μmol/min和1.25×10-7μmol/min。结论:体外静态直接培养的耗氧量和耗氧速率高于包囊培养法,体外静态培养与包囊培养的成骨细胞各种生物学性能都良好,适于作为组织工程的种子细胞进行下一步的实验。

间接共培养环境下脂肪干细胞诱导分化的研究

目的肌腱病的治疗是临床的难点,脂肪干细胞(ADSCs)具有多向分化潜能,为肌腱病的治疗提供了新思路。此课题在体外构建ADSCs与肌腱细胞的间接共培养模式以探索其机制,为其临床应用提供参考。方法分别采集培养兔肌腱细胞和ADSCs及富血小板血浆(PRP)。选用孔径为0.4μm的共培养嵌盒和6孔板来构建间接共培养模式。分别将P3代肌腱细胞、ADSCs接种于内、外室,另外设置PRP干预组。分别在第3,7,14天时,收集各组内、外室细胞并进行观察及检测,分析间接共培养环境对ADSCs诱导分化与胞外基质表达产生的影响。结果间接共培养14 d,免疫组化结果显示单纯干细胞培养组ADSCs的Ⅰ型胶原与腱调蛋白(TNMD)的表达程度显著高于阴性的干细胞对照组,低于阳性肌腱细胞对照组,而PRP干预组的表达优于单纯干细胞实验组。结论间接共培养的环境下,可以诱导ADSCs上调Ⅰ型胶原和腱调蛋白的表达。PRP的干预对诱导ADSCs细胞外基质的分泌有促进作用。