骨髓间充质干细胞及在软骨组织工程中的研究进展

间充质干细胞 (ｍｅｓｅｎｃｈｙｍａｌｓｔｅｍｃｅｌｌｓ,ＭＳＣｓ)是指能在适宜的条件下分化再生骨、软骨、肌肉、韧带、肌腱、脂肪、骨髓基质等间充质组织的一类细胞 ,具有典型的干细胞特点 ,终身存在于骨髓和其他组织器官中 ,负责组织的修复和更新〔1,2〕。它们具有多向分化潜能和强大的增殖能力 ,并且易于从骨髓中分离及体外扩增纯化 ;因此 ,近年来在组织工程领域倍受重视 ,得到广泛研究。笔者仅就骨髓间充质干细胞的生物学特性及其在软骨组织工程中的研究进展作一综述。1　骨髓间充质干细胞的主要生物学特性　　骨髓中只含有少量间充…     

骨髓间充质干细胞成软骨分化研究进展

骨髓间充质干细胞(mesenchymal stem cells，MSCs)是存在于骨髓基质中的一种多能干细胞，在特定的培养条件下，MSCs可分化成成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞、成纤维细胞等多种间充质细胞。由于它们可以作为滋养层支持造血干细胞的生长，因此也被称为骨髓基质细胞(bone marrow stromal cells，BMSCs)。本文就骨髓MSCs的分离培养及成软骨分化的研究进展作一综述。     

间充质干细胞成软骨分化相关研究进展

软骨细胞移植疗法已成功应用于软骨损伤修复和软骨组织工程研究,但软骨细胞取材有限,因此探索软骨细胞替代物成为研究热点。间充质干细胞具有分化为骨、软骨等组织的潜能,在软骨损伤、骨关节炎修复及软骨组织工程等方面起着重要作用。该文就间充质干细胞成软骨分化相关研究进展作一综述。     

骨髓间充质干细胞及其在软骨组织缺损修复中的研究进展

软骨缺损长期以来一直是临床上所面临的难题,这主要是因为软骨细胞几乎没有迁徙能力,不能迅速聚集到创伤部位所致〔1〕。组织工程技术为软骨缺损的修复带来了曙光。它通过分离及培养所需的种子细胞、选择适合的生物支架材料、最后构建组织工程化软骨到缺损部位而完成治疗目的。目前,常用的用于修复软骨损伤的种子细胞多为自身软骨细胞,但有如下缺点:( 1)自体来源的软骨细胞数量有限,且随着年龄增大所获取得软骨细胞数量减少;( 2 )取材不方便,对供体部位造成一定的伤害;( 3 )患者要经历两次手术,所受痛苦大,治疗费用高。这就迫使人们寻找更为…     

间充质干细胞的研究进展及其在软骨组织工程中的应用

组织工程研究中,种子细胞、生长因子以及组织工程支架是三大要素.理想的种子细胞应具备:取材容易,对机体损伤小,体外培养时增殖力强、易稳定表达软骨细胞表型,植入体内后能耐受机体免疫,且无致瘤性等特点.间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)不仅具有以上优点,还具有自我复制、多向分化、抗炎作用和营养作用等特性.因此,MSCs是软骨组织工程中理想的种子细胞.研究MSCs在软骨组织工程中的应用有着重要的意义.     

不同组织来源间充质干细胞体外成骨分化能力的比较研究

目的比较成人脂肪间充质干细胞(ASCs)、脐带间充质干细胞(UC-MSCs)和成人骨髓间充质干细胞(BMSCs)的成骨能力,选择优势干细胞种类作为应用于骨组织工程治疗骨缺损的种子细胞。方法采用含10%胎牛血清的DMEM/Ham’s F-12培养液培养3种MSCs。取3种MSCs的P3代,通过CCK8方法检测其增殖能力;通过流式细胞仪进行鉴定;通过碱性磷酸酶(ALP)和茜素红染色检测骨分化蛋白ALP的分泌和矿化钙结节的沉积,并对钙结节进行定量分析;通过实时荧光定量PCR(RT-q PCR)方法检测骨再生相关基因的表达。结果 3种P3代MSCs在3~5d之间增殖均处于对数生长期;流式鉴定3种细胞的表面标志物阳性率:CD44、CD90和CD105均高于97%,阴性率:CD14、CD34和CD45均低于1%;ALP染色结果显示3种MSCs成骨诱导9d时,细胞内均表达ALP,茜素红染色结果显示成骨诱导18d时,均呈现较好的矿化能力,BMSCs和UC-MSCs成骨诱导后形成的钙结节无显著性差异;RT-q PCR结果显示3种MSCs成骨诱导组相比较于对照组,成骨再生相关基因Osterix、ALP、I型胶原(COL1)和骨钙素(OCN)均显著性高表达;3种MSCs成骨诱导9d时,UC-MSCs实验组的COLI基因表达显著性高于BMSCs,成骨诱导18d时,ASCs实验组的Osterix基因表达显著性高于BMSCs。结论 ASCs和UC-MSCs具有一定的成骨矿化能力,有望成为骨组织工程治疗骨缺损的种子细胞。     

滑膜间充质干细胞在软骨修复组织工程中的研究进展

关节软骨一旦损伤将很难修复，运用自体软骨细胞移植治疗软骨损伤，愈后较好，但由于细胞来源不足以及供体部位病变等缺点，使其运用受到了限制，因此运用间充质干细胞（mesenchymalstemcells，MSCs）来修复软骨损伤具有很好的应用前景。     

骨髓间充质干细胞软骨分化生物学的影响因素

间充质干细胞(MSCs)因具有在适宜的体内或体外条件下分化形成软骨组织的潜能，且易于从骨髓中分离和体外大量扩增纯化，便于自体移植，故被认为是软骨组织工程最有希望的种子细胞来源之一。然而，MSCs在体外培养条件下软骨表型的分化却是一个受多种因素限制的复杂过程。目前其调控机制仍不是很清楚。已知局部环境是影响MSCs向软骨细胞转化的重要因素，低氧张力、高细胞密度、局部应     

不同比例软骨细胞与间充质干细胞对构建组织工程软骨的影响

目的以不同比例将大鼠软骨细胞及骨髓间充质干细胞（bonemarrowstromalceu,BMSCs）依次体外及体内混合培养,探讨二者构建组织工程软骨的最佳比例。方法分别取1个月及1d龄SD大鼠的BMSCs及关节软骨,原代软骨细胞与第2代BMSCs混合比例为全软骨细胞组、3：1、1：1、1：3、全BMSCs组,共五组。以终浓度4×10^7／mI．种于聚乳酸一聚羟基乙酸支架上,体外培养4周后,植入裸鼠皮下继续培养,8周后对标本进行大体观察、组织学切片、Ⅱ型胶原免疫荧光染色及检测氨基糖胺多糖的含量。结果软骨细胞与BMSCs混合比例3：1组较其他各组所构建出的组织工程软骨体积大,厚度厚,有光泽;组织染色见软骨细胞增殖较旺盛,被大量细胞外基质包围,分布均匀,并可见软骨陷窝;Ⅱ型胶原免疫荧光染色见细胞内和细胞外基质发出的红色荧光较明亮;3：1组的组织块氨基糖胺多糖含量（470．38±29．78）μg高于其他各组（P〈O．05）。结论软骨细胞与BMSCs混合培养有助于节省软骨细胞,二者混合浓度比例以3：1最好。     

微RNA与间充质干细胞软骨分化调控机制研究进展

微RNA（microRNA,miRNA）是一类由内源基因编码、长度为22个核苷酸左右的单链RNA。相关研究表明,在细胞增殖、分化、凋亡以及疾病发生过程中微RNA发挥巨大作用,越来越多地引起人们的关注。MSC（mesenchymal stem cell,间充质干细胞）软骨分化过程中,微RNA在转录后水平调控软骨分化相关靶基因的表达,以此调控间充质干细胞软骨分化。     

转基因骨髓间充质干细胞在软骨组织工程中的研究与应用

软骨组织工程学是用工程学和生命科学的原理和方法、依靠支架材料承载被分离的软骨细胞或其前体细胞并植入宿主体内、支架材料在宿主体内逐渐降解并释放细胞、从而形成新的有功能的软骨组织产品的技术。但目前存在的自身不足为：细胞因子的量控、种子细胞易老化、增值缓慢；细胞的定向分化、细胞与生物材料的亲和性以及动物组织基因人源化等。     

Human peripheral blood derived mesenchymal stem cells demonstrate similar characteristics and chondrogenic differentiation potential to bone marrow derived mesenchymal stem cells

The use of mesenchymal stem cells (MSCs) for cartilage repair has generated much interest owing to their multipotentiality. However, their significant presence in peripheral blood (PB) has been a matter of much debate. The objectives of this study are to isolate and characterize MSCs derived from PB and, compare their chondrogenic potential to MSC derived from bone marrow (BM). PB and BM derived MSCs from 20 patients were isolated and characterized. From 2 ml of PB and BM, 5.4 ± 0.6 million and 10.5 ± 0.8 million adherent cells, respectively, were obtained by cell cultures at passage 2. Both PB and BM derived MSCs were able to undergo tri‐lineage differentiation and showed negative expression of CD34 and CD45, but positively expressed CD105, CD166, and CD29. Qualitative and quantitative examinations on the chondrogenic potential of PB and BM derived MSCs expressed similar cartilage specific gene (COMP) and proteoglycan levels, respectively. Furthermore, the s‐GAG levels expressed by chondrogenic MSCs in cultures were similar to that of native chondrocytes. In conclusion, this study demonstrates that MSCs from PB maintain similar characteristics and have similar chondrogenic differentiation potential to those derived from BM, while producing comparable s‐GAG expressions to chondrocytes. © 2011 Orthopaedic Research Society. © 2011 Orthopaedic Research Society Published by Wiley Periodicals, Inc. J Orthop Res 30:634–642, 2012     

Mechanical stimulation of mesenchymal stem cells: Implications for cartilage tissue engineering

Articular cartilage is a load‐bearing tissue playing a crucial mechanical role in diarthrodial joints, facilitating joint articulation, and minimizing wear. The significance of biomechanical stimuli in the development of cartilage and maintenance of chondrocyte phenotype in adult tissues has been well documented. Furthermore, dysregulated loading is associated with cartilage pathology highlighting the importance of mechanical cues in cartilage homeostasis. The repair of damaged articular cartilage resulting from trauma or degenerative joint disease poses a major challenge due to a low intrinsic capacity of cartilage for self‐renewal, attributable to its avascular nature. Bone marrow‐derived mesenchymal stem cells (MSCs) are considered a promising cell type for cartilage replacement strategies due to their chondrogenic differentiation potential. Chondrogenesis of MSCs is influenced not only by biological factors but also by the environment itself, and various efforts to date have focused on harnessing biomechanics to enhance chondrogenic differentiation of MSCs. Furthermore, recapitulating mechanical cues associated with cartilage development and homeostasis in vivo, may facilitate the development of a cellular phenotype resembling native articular cartilage. The goal of this review is to summarize current literature examining the effect of mechanical cues on cartilage homeostasis, disease, and MSC chondrogenesis. The role of biological factors produced by MSCs in response to mechanical loading will also be examined. An in‐depth understanding of the impact of mechanical stimulation on the chondrogenic differentiation of MSCs in terms of endogenous bioactive factor production and signaling pathways involved, may identify therapeutic targets and facilitate the development of more robust strategies for cartilage replacement using MSCs. © 2017 Orthopaedic Research Society. Published by Wiley Periodicals, Inc. J Orthop Res 36:52–63, 2018.     

间充质干细胞在软骨组织工程中的应用

间充质干细胞具有高度自我更新能力,能够分化为各种类型的细胞.近20年间充质细胞在软骨组织工程中得到应用,动物实验显示了良好的软骨修复潜能,成为软骨组织工程的理想的细胞来源.组织工程和干细胞技术已经确定为对软骨缺损有效的治疗方法,间充质干细胞有望在软骨组织工程中得到更广泛的应用.本文对间充质干细胞的特性和在组织工程中的应用进行了综述.     

Donor variation and loss of multipotency during in vitro expansion of human mesenchymal stem cells for bone tissue engineering.

The use of multipotent human mesenchymal stem cells (hMSCs) for tissue engineering has been a subject of extensive research. The donor variation in growth, differentiation and in vivo bone forming ability of hMSCs is a bottleneck for standardization of therapeutic protocols. In this study, we isolated and characterized hMSCs from 19 independent donors, aged between 27 and 85 years, and investigated the extent of heterogeneity of the cells and the extent to which hMSCs can be expanded without loosing multipotency. Dexamethasone-induced ALP expression varied between 1.2- and 3.7-fold, but no correlation was found with age, gender, or source of isolation. The cells from donors with a higher percentage of ALP-positive cells in control and dexamethasone-induced groups showed more calcium deposition than cells with lower percentage of ALP positive cells. Despite the variability in osteogenic gene expression among the donors tested, ALP, Collagen type 1, osteocalcin, and S100A4 showed similar trends during the course of osteogenic differentiation. In vitro expansion studies showed that hMSCs can be effectively expanded up to four passages (approximately 10-12 population doublings from a P0 culture) while retaining their multipotency. Our in vivo studies suggest a correlation between in vitro ALP expression and in vivo bone formation. In conclusion, irrespective of age, gender, and source of isolation, cells from all donors showed osteogenic potential. The variability in ALP expression appears to be a result of sampling method and cellular heterogeneity among the donor population.     

自体骨髓间充质干细胞和软骨细胞共培养复合同种异体完全脱蛋白骨修复关节软骨全层缺损的研究

[目的]探讨自体骨髓间充质干细胞(bone m arrow-derived m esenchym al stem cells,BMSCs)与软骨细胞共培养复合同种异体完全脱蛋白骨(fu lly deprote in ized bone,FDB)修复关节软骨缺损的可行性,评价修复效果,为优化种子细胞源提供依据。[方法]取浓度为3×106/m l的第二代BMSCs和软骨细胞,按2:1比例混匀共培养作为种子细胞。FDB与共培养细胞复合接种植入修复缺损为实验A组、单纯FDB为对照B组和不处理为空白对照C组,移植8、16周后经人体观察、组织学评分和免疫组化染色评价缺损的修复。[结果]共培养的软骨细胞基质合成丰富,细胞增殖快。A组缺损修复组织呈软骨样,表面光滑平坦,与周围软骨整合的软骨细胞更为成熟。B组和C组的修复组织呈纤维组织和无修复。组织学评分表明A组优于B、C 2对照组,差异具有统计学意义(P<0.01),B组与C组差异无统计学意义(P>0.05)。免疫组化染色显示A组修复组织的细胞为透明软骨样细胞,柱状排列,Ⅱ型胶原染色阳性,与周围软骨及软骨下骨整合良好。[结论]自体BMSCs与软骨细胞共培养作为种子细胞,BMSCs能增强软骨细胞的增殖,促进软骨细胞基质合成,缩短软骨细胞培养时间和减少传代次数,节省大量的软骨细胞,与FDB复合后能有效修复关节软骨缺损。     

经骨向诱导的骨髓间充质干细胞在脱钙骨上生长行为的实验研究

目的:建立成骨细胞-脱钙骨支架复合物,观察其诱导成骨能力,从而探寻组织工程化骨的体外构建方法.方法:运用细胞沉淀法将大鼠BMSCs诱导形成的成骨细胞接种于脱钙骨支架,通过扫描电镜(SEM)、免疫荧光观察脱钙骨表面细胞生长情况,通过上清液碱性磷酸酶(ALP)活性及Ⅰ型前胶原羧端肽(PICP)、骨钙素检测观察成骨细胞活性.结果:扫描电镜示成骨细胞在脱钙骨表面生长良好,上清液ALP、PICP及骨钙素表达均明显高于对照组(P＜0.05),并随时间的增长而显著增加(P＜0.05).结论:采用细胞沉淀法成功将成骨细胞接种于脱钙骨支架,成骨细胞在支架材料中增殖旺盛,细胞活性状态良好,具有良好的骨形成能力,脱钙骨支架可作为骨组织工程中载体支架的较优选择.     

骨髓间充质干细胞复合脱细胞血管基质构建组织工程血管的初步研究

目的：探讨骨髓间充质干细胞复合脱细胞血管基质构建组织工程血管的可行性。方法：采用胰蛋白酶、乙二胺四乙酸和曲拉通X-100对兔主动脉进行脱细胞处理，制备成脱细胞血管基质；体外分离和扩增人骨髓间充质千细胞，并将其作为种子细胞种植于脱细胞血管基质上，复合构建组织工程化人工血管。结果：制备的脱细胞血管基质由胶原、弹力纤维等组成，未见细胞成分残留；体外扩增的人骨髓间充质干细胞种植于脱细胞血管基质上可生长增殖。结论：骨髓间充质干细胞与脱细胞血管基质支架材料复合可成功构建组织工程血管，有望为血管缺损的修复提供一种全新的技术方法和手段。     

MicroRNAs在骨髓间充质干细胞成软骨分化中的作用

软骨组织由细胞外基质与分散其间的软骨细胞共同构成,由于缺乏血管?神经和淋巴系统,损伤后自身修复能力差。目前各种促进软骨损伤修复的方法效果都不理想,诱导骨髓间充质干细胞向软骨细胞分化修复软骨损伤已成为当下研究的热点。多种MicroRNA参与并调控骨髓间充质干细胞成软骨分化过程,本文就MicroRNA调控骨髓间充质干细胞成软骨分化及其机制的研究进展做一综述。     

成软骨诱导的骨髓间充质干细胞膜片修复肋软骨供区缺损的实验研究

目的采用兔胸廓损伤动物模型,观察成软骨诱导的骨髓间充质干细胞膜片对肋软骨供区再生修复的影响。方法将16只家兔随机分为4组,每组4只,分别为健康对照组,实验1、2、3组。健康对照组家兔无任何处理,对实验组的每组双侧第4—6肋软骨均采用不同的2种方法处理,同侧3根肋软骨采用同一种方法处理,3种方法在每组中两两配对。3种方法分别为：①直接缝合软骨膜;②骨髓间充质干细胞膜片折叠数层成圆筒状填塞人肋软骨缺损处缝合;③成软骨诱导的骨髓间充质干细胞膜片同法折叠数层成圆筒状填塞入肋软骨缺损处,缝合封闭缺损。3种方法在各实验组兔两侧肋软骨中两两配对,健康对照组不做处理。术后16周,处死家兔取材进行大体观察,常规HE染色,并行生物力学检测,测定所有肋软骨的抗压强度及弯曲强度。结果各实验组家兔的胸廓整体形态均较良好,各组及各处理方法间无明显差别。生物力学检测显示,3种处理方法之间均存在差异（P〈0．01）,方法3处理的修复组织的抗压、弯曲强度与健康对照组比较,差异无统计学意义（P〉0．05）;方法1、2处理的修复组织的抗压、弯曲强度明显低于健康对照组（P〈0．01）;方法2处理的修复组织的抗压、弯曲强度优于方法1。组织切片HE染色病理观察,可见方法1、2处理的修复组织主要为纤维组织,方法3处理的修复组织内,可见新生的软骨细胞和大量的软骨细胞外基质。结论成软骨诱导的骨髓间充质干细胞膜片可以促进肋软骨供区软骨细胞的再生,修复肋软骨供区缺损,维持胸廓的正常形态和稳定性,从而降低术后胸廓畸形的发生率。