不同种子细胞复合壳聚糖水凝胶构建可注射组织工程髓核的比较研究

目的比较兔髓核细胞(nucleus pulposus cells,NPCs)和BMSCs在温敏性壳聚糖水凝胶支架中的生长及细胞外基质合成,筛选用于构建可注射组织工程髓核的种子细胞。方法取3周龄新西兰乳兔,体重150～200g,雌雄不限,分离培养兔NPCs;取1月龄新西兰白兔,体重1.0～1.5kg,雌雄不限,穿刺抽取骨髓分离培养BMSCs。以壳聚糖、β甘油磷酸钠水溶液和羟乙基纤维素溶液为原料制备壳聚糖水凝胶支架。取第2代NPCs和第3代BMSCs分别与壳聚糖水凝胶混匀,构建可注射组织工程髓核。复合培养2d,观察NPCs和BMSCs在壳聚糖水凝胶中的存活情况;复合培养1周,扫描电镜观察两种细胞在支架中的生长分布;复合培养3周,行组织学、免疫组织化学检查,并用RT-PCR检测组织工程髓核中聚集蛋白聚糖、Ⅱ型胶原mRNA的表达。结果温敏性壳聚糖水凝胶室温呈液态,37℃放置15min发生交联反应成为半固态凝胶。吖啶橙/碘化丙啶染色示壳聚糖水凝胶中多数NPCs和BMSCs存活,少数死亡,细胞存活率均90%。扫描电镜示NPCs和BMSCs分布于网状支架中,细胞表面有分泌的细胞外基质。HE染色、番红O染色及免疫组织化学染色显示细胞具有分泌细胞外基质的功能。RT-PCR检测示NPCs在壳聚糖水凝胶支架中复合培养3周,Ⅱ型胶原、聚集蛋白聚糖mRNA表达量分别为0.564±0.071、0.725±0.046,BMSCs复合培养物分别为0.713±0.058、0.852±0.076,两种细胞比较差异均有统计学意义(P0.05)。结论温敏性壳聚糖水凝胶具有良好的细胞相容性,与NPCs比较,BMSCs复合壳聚糖水凝胶培养保持了更好的形态、增殖及细胞外基质合成功能。     

新型丝素蛋白多孔支架复合兔髓核细胞体外构建组织工程化髓核的实验研究

[目的]观察以新型丝素蛋白多孔支架复合兔髓核细胞体外构建组织工程化髓核的可行性。[方法]分离培养兔髓核细胞,与丝素蛋白多孔支架在体外复合培养,建立组织工程化髓核模型,通过扫描电镜、HE染色、甲苯胺蓝染色、Ⅱ型胶原免疫组化以及酶联免疫吸附测定观察细胞在支架上1周和3周的生长及增殖情况。[结果]培养1周后,扫描电镜显示细胞呈球状均匀地贴附在支架内部。细胞-支架复合体HE染色可见支架内部有大量髓核细胞,甲苯胺兰染色阳性,Ⅱ型胶原免疫组化染色阳性。培养3周后,扫描电镜显示细胞成层黏附于支架表面,细胞重叠生长,分泌大量细胞外基质,HE染色可见支架内部有大量髓核细胞填满支架孔隙并分泌大量细胞外基质,甲苯胺兰染色阳性,Ⅱ型胶原免疫组化染色阳性。酶联免疫吸附测定:3周组蛋白多糖含量(52.4±4.5)ng/ml明显高于1周组(29.3±3.6)ng/ml,P<0.05,3周组的II型胶原含量(24.3±1.8)ng/ml明显高于1周组(15.16±1.5)ng/ml,P<0.05。[结论]新型丝素蛋白多孔支架复合兔髓核细胞体外培养生长良好,分泌大量类似髓核样细胞外基质,可以用于体外构建组织工程化髓核。     

BMSCs-壳聚糖凝胶复合体移植治疗椎间盘退变的实验研究

目的 探讨兔BMSCs-壳聚糖凝胶复合体移植治疗椎间盘髓核缺损退变的效果,为临床应用提供实验依据. 方法 6只健康1月龄新西兰白兔,雌雄不限,体重1.0～1.5 kg.取骨髓2 mL,分离培养BMSCs.取第3代BMSCs,5-BrdU活细胞示踪剂标记,与壳聚糖凝胶混匀,制备BMSCs-壳聚糖凝胶复合体.将6只动物建立兔椎间盘髓核缺损退变模型,并随机分为3组(n=2):正常对照组仅分离暴露椎间盘,不作任何处理;移植治疗组将30 μL自体BMSCs-壳聚糖凝胶复合体注射入缺损椎间盘中心;缺损退变组仅注射入0.01 mol/L PBS液30 μL.移植后4周处死动物,取出移植修复的椎间盘,行细胞5-BrdU标记检测、HE、aggrecan番红.染色及Col Ⅱ免疫组织化学染色;Col Ⅱ免疫组织化学染色切片行灰度值测定. 结果 细胞标记检测发现,自体BMSCs移植后继续存活并增殖,形成细胞克隆.正常对照组及移植组椎间盘HE染色示椎间盘结构清晰,髓核组织及外周纤维环分界清晰,细胞核及细胞浆染色明显;缺损退变组示椎间盘结构紊乱,髓核组织和外周纤维化分界不清.aggrecan番红O染色示正常对照组及移植治疗组椎间盘染色明显,椎间盘结构清晰;缺损退变组椎间盘结构紊乱,髓核组织和外周纤维化分界不清.Col Ⅱ免疫组织化学染色示正常对照组以中央髓核组织染色为主,呈黄褐色阳性反应,椎间盘结构清晰;移植治疗组中央髓核组织呈阳性反应,细胞间质可见明显黄褐色,大体结构仍保持完整;缺损退变组染色较前两组浅,且结构不清.3组Col Ⅱ免疫组织化学染色切片行灰度值测定,正常对照组为223.84±3.93,与移植治疗组(221.03±3.53)比较差异无统计学意义(P>0.05),但两组与缺损退变组(172.50±3.13)比较,差异均有统计学意义(P<0.05). 结论 兔BMSCs-壳聚糖凝胶复合体可修复椎间盘缺损退变,为临床应用可注射式组织工程髓核移植治疗椎间盘退变奠定实验基础.     

骨髓间充质干细胞-壳聚糖凝胶复合体移植治疗椎间盘退变

目的 观察兔骨髓间充质干细胞.壳聚糖凝胶复合体移植修复椎间盘髓核缺损退变的效果.方法 建立兔椎间盘髓核缺损退变模型,将兔骨髓间充质干细胞-壳聚糖凝胶复合体注射移植入缺损退变模型中,兔继续培养4周后处死,取出移植修复的椎间盘进行组织HE染色、Aggre-can番红O染色及Ⅱ-collagen免疫组织化学染色,与正常椎间盘及未行移植的缺损退变椎间盘进行随机对照,检测移植修复的效果.结果 骨髓间充质干细胞-壳聚糖凝胶复合体可以在缺损的椎间盘中正常生长,并呈现向类髓核细胞分化的趋势,合成分泌Ⅱ-collagen和Aggrecan,维持原椎间盘髓核组织的生物学特性,而缺损退变组髓核组织纤维化、完整性丧失,水分丢失,Ⅱ-collagen合成明显减少(P<0.05).结论 兔骨髓间充质干细胞-壳聚糖凝胶复合体能够修复椎间盘缺损退变.     

脂肪间充质干细胞复合壳聚糖-胶原-硫酸软骨素多孔支架体外成软骨能力的实验研究

目的 制备壳聚糖-胶原-硫酸软骨素三维支架,并与大鼠脂肪间充质干细胞复合培养,探讨其作为软骨组织工程支架的可行性.方法 冷冻干燥法制备壳聚糖-胶原-硫酸软骨素复合多孔海绵支架材料,采用体积法和称重法测定支架的孔隙率和吸水性,扫描电镜观察支架材料的形态结构.分离培养大鼠脂肪间充质干细胞,流式细胞学检测大鼠脂肪间充质干细胞的表面标志CD29、CD34、CD44、CD45,将传至3代的细胞,以2×106/ml的密度接种于自制的壳聚糖-胶原-硫酸软骨素三维支架上.实验组为含TGF-β1的培养基,对照组无TGF-β1,培养3周后,通过免疫组织化学,RT-PCR及westenblot方法对诱导后的细胞进行鉴定.结果 制备的壳聚糖-胶原-硫酸软骨素三维支架具有合适的三维多孔结构,孔隙率为(92.23±1.68)%,孔径为100～130 μm.复合培养3周后,Ⅱ型胶原免疫组织化学染色成阳性,RT-PCR结果表明有蛋白聚糖和Ⅱ型胶原mRNA的表达,westenblot检测出Ⅱ型胶原蛋白的表达.结论 壳聚糖-胶原-硫酸软骨素复合支架材料可为脂肪间充质干细胞生长分化及组织形成提供一个良好的环境, 在软骨组织工程的支架材料领域有较广泛的应用前景.     

基于细胞外基质来源的组织工程椎间盘双相支架裸鼠皮下异位构建椎间盘

[目的]探讨椎间盘细胞和细胞外基质来源的一体化纤维环-髓核双相支架在裸鼠体内异位构建组织工程一体化椎间盘的可行性,并采用PKH26荧光标记和小动物活体荧光成像系统无创评估组织工程化细胞-支架复合体在体内生长情况。[方法]纤维环细胞和髓核细胞分别标记PKH26荧光,分别接种入细胞外基质来源的一体化支架不同相中,扫描电镜、Dead/Live荧光染色观察细胞粘附及活性,植入裸鼠背部皮下,6周后利用分子小动物活体荧光成像系统评价组织工程化组织在裸鼠体内生长情况,取材进行荧光显微镜下观察、组织学染色。[结果]扫描电镜观察细胞粘附在双相支架上且周围有基质分泌,Dead/Live染色示细胞在双相支架上活性良好;6周后,活体荧光成像显示椎间盘细胞在支架内生长良好,从髓核往纤维环荧光强度减弱,细胞支架复合体在裸鼠体内形成椎间盘样组织,HE、番红O染色、甲苯胺蓝染色阳性。[结论]天然骨基质明胶和软骨基质来源的一体化纤维环-髓核支架复合椎间盘细胞能够在裸鼠皮下异位构建椎间盘样组织。     

脱细胞软骨基质来源的多孔支架复合山羊髓核细胞体内初步构建组织工程髓核的实验研究

[目的]探讨脱细胞软骨基质多孔支架复合PKH26标记的山羊髓核细胞体内异位构建组织工程髓核的可行性.[方法]制备脱细胞软骨基质来源的多孔支架,扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)观察、天狼星红染色、HE染色观察、MTT毒性检测;分离山羊髓核细胞,通过倒置显微镜观察、番红O染色、Ⅱ型胶原免疫组化染色进行鉴定;将PKH26标记的山羊髓核细胞接种支架上,体外培养3d后进行LIVE/DEAD活性染色,将细胞支架复合物置入裸鼠皮下,培养6周,病理切片,荧光显微镜下观察,进行番红O、Ⅰ、Ⅱ型胶原免疫组化染色.[结果]扫描电镜观察支架孔隙相连通且分布均匀,天狼星红染色支架呈黄绿相间色,HE支架淡染,MTT检测细胞增殖曲线无统计学差异(P＞0.05);P1代髓核细胞呈软骨样细胞形态,番红O染色、Ⅱ型胶原免疫组化染色均阳性,PKH26标记后的细胞呈红色荧光;体外LIVE/DEAD染色细胞呈绿色荧光,体内培养6周后,带红色荧光的细胞填满支架孔隙,番红O、Ⅱ型胶原免疫组化染色阳性,Ⅰ型胶原免疫组化染色弱阳性.[结论]以脱细胞软骨基质多孔支架复合山羊髓核细胞在体内能够形成组织工程髓核样组织.     

转化生长因子β1诱导永生化人前软骨干细胞向髓核样细胞分化的实验研究

  目的 研究转化生长因子β1 (TGF-β1) 诱导永生化人前软骨干细胞 (IPSCs) 向髓核样细胞分化的可行性。方法 将体外培养的IPSCs 接种于温敏型壳聚糖水凝胶 (C/GP) 三维支架上,加入含TGF-β1的诱导培养基,低氧条件下进行诱导培养,观察三维支架上IPSCs的生长及分化情况。7 d后行Alcian Blue染色,分析细胞外基质糖胺聚糖（GAG）合成情况,并收集细胞,提取RNA。RT-PCR检测诱导前后髓核样细胞标志基因Ⅱ型胶原（Collagen Ⅱ）和蛋白聚糖（Aggrecan）的表达情况,Western Blot 检测诱导前后细胞内β-catenin蛋白表达水平的变化。结果 IPSCs在三维支架上生长状态良好,诱导7 d 后,Alcian Blue染色表明,细胞外基质GAG的合成明显增多,实验组（诱导培养基）明显多于对照组（普通培养基）。RT-PCR证实Ⅱ型胶原和Aggrecan的基因表达水平明显增高,实验组明显高于对照组;Western Blot证实细胞内β-catenin蛋白表达水平明显上调,实验组明显高于对照组。结论 IPSCs经TGF-β1诱导可在体外定向分化为髓核样细胞,诱导分化后的细胞具有良好的分泌功能,能够有效地分泌细胞外基质成分。TGF-β1可能通过上调细胞内β-catenin的表达诱导IPSCs向髓核样细胞分化。     

修饰有BMP-7功能片段的功能化自组装多肽纳米纤维水凝胶RADKPS制备及其生物相容性研究

目的制备并评价载有BMP-7功能片段的新型功能化自组装多肽纳米纤维水凝胶支架材料RADKPS的生物相容性,为其在退变髓核再生领域中的体内研究提供实验依据。方法以自组装多肽RADA16-Ⅰ为原料,通过化学键链接BMP-7功能片段构建功能化自组装多肽RADA-KPSS,再与RADA16-Ⅰ等比例混合制备新型功能化自组装多肽RADKPS。通过大体观察、原子力显微镜评估RADKPS支架材料的结构特点。分离培养3月龄新西兰大白兔BMSCs,取第3代BMSCs与RADKPS复合培养7 d,通过扫描电镜、细胞荧光素二乙酸盐/碘化丙啶活性染色、MTT法检测RADKPS的细胞相容性;于6月龄新西兰大白兔离体椎间盘内注射1%RADKPS后培养并观察其髓核内细胞活性。采用溶血实验检测RADKPS的血液相容性。将RADKPS植入6~8周龄昆明小鼠皮下28 d,行大体观察及HE染色观察RADKPS组织相容性。结果 RADKPS在L-DMEM中成胶后呈均匀透明水凝胶状;原子力学显微镜示纳米纤维相互连接呈三维网状结构,纤维直径(25.68±4.62)nm,纤维长度(512.42±32.22)nm。RADKPS支架复合BM SCs 7 d后,扫描电镜示细胞在支架上黏附良好,细胞活性维持在90%以上;MTT检测示0.1%、0.05%、0.025%RADKPS溶液均不同程度促进新西兰大白兔BMSCs增殖。溶血实验结果示,不同浓度RADKPS溶液相对溶血率均5%,符合医用生物材料的溶血实验要求。小鼠皮下注射实验结果示,28 d后注射局部皮肤无水疱、红斑及焦痂形成;HE染色示淋巴细胞等炎性细胞浸润,大量纤维组织取代水凝胶支架,材料组织相容性良好。结论新型功能化自组装多肽纳米纤维水凝胶支架材料RADKPS具有良好的生物相容性和安全性,适合于髓核的组织工程修复与再生研究。     

富含血小板血浆凝胶复合脂肪间充质干细胞构建可注射组织工程髓核

目的:探讨以自体富含血小板血浆(PRP)凝胶复合脂肪间充质干细胞(ADSCs)构建可注射组织工程髓核的可行性。方法:将体外扩增的第3代兔ADSCs经流式细胞仪鉴定后接种至自体PRP凝胶中,体外立体培养2周、4周、8周时分别行大体观察、组织学检查、5-溴-2-脱氧尿嘧啶(BrdU)免疫荧光法观察细胞在PRP凝胶中的分布及存活情况;分光光度法检测PRP凝胶-细胞复合体中糖胺聚糖(GAG)含量,实时荧光定量PCR法检测低氧诱导因子(HIF-1α)、蛋白多糖(Aggrecan)、Ⅱ型胶原(CollagenⅡ)基因表达情况。结果:流式细胞仪检测显示体外扩增的第3代细胞CD90阳性率为95.2%,CD45阳性率为0.9%。培养2、4、8周时PRP凝胶细胞复合体均为表面光滑的凝胶状,弹性较好;番红O染色2周时细胞外基质几乎不着色,4周时可见细胞周围呈粉色的弱阳性染色,8周时多数细胞周围呈红色阳性染色。HE染色和扫描电镜各时间点均可见细胞均匀分布于网络状支架内;BrdU免疫荧光法显示细胞在支架中生存状态良好,培养4周时阳性细胞数较培养2周时明显增多(P<0.05),8周时较4周时明显增多(P<0.05)。培养4周时GAG含量较培养2周时明显增高(P<0.05),8周时较4周时明显增高(P<0.05);培养4周时与培养2周时比较3个目的基因mRNA表达量均增高,差异有显著性(P<0.05),8周时与4周时比较亦明显增高(P<0.05)。结论:以兔自体PRP凝胶与ADSCs构建的复合体在体外培养时细胞可以向类髓核样细胞分化,用此方法构建可注射组织工程髓核具有可行性。