低氧与低氧模拟剂对BMSCs成骨分化影响的对比研究

目的对比低氧培养与常氧条件下低氧模拟剂二甲基乙二酰基甘氨酸(dimethyloxalylglycine,DMOG)对小鼠BMSCs成骨分化的影响。方法原代分离培养健康3~4周龄昆明小鼠BMSCs,采用流式细胞术对细胞CD29、CD44、CD90、CD34表面标志进行检测,行成骨、成脂、成软骨诱导分化染色鉴定。取第3代BMSCs分为对照组(A组,常氧条件下培养)、低氧培养组(B组,1%O2低氧条件下培养)及DMOG干预组(C组,常氧条件下加入0.5 mmol/L DMOG培养)。分别于培养1、2、3、4 d采用MTT法检测BMSCs增殖情况,7、14 d检测ALP含量,24 h后采用Western blot法检测低氧诱导因子1α(hypoxia inducible factor,HIF-1α)蛋白表达,3、7 d采用实时荧光定量PCR检测RUNX2、Osterix基因表达,21 d行茜素红染色观察。结果 BMSCs流式细胞术表面标志鉴定示CD29(+)、CD44(+)、CD90(+)、CD34(-);成骨、成脂、成软骨诱导分化后茜素红染色、油红O染色及甲苯胺蓝染色均呈阳性。MTT法检测示,培养1 d,3组细胞增殖比较差异无统计学意义(P0.05);2、3、4 d,与A组比较,C组均抑制细胞增殖,但差异无统计学意义(P0.05);而B组则促进细胞增殖,差异有统计学意义(P0.05)。培养各时间点,B、C组ALP含量、HIF-1α蛋白相对表达量及RUNX2、Osterix基因相对表达量均显著高于A组,ALP含量及RUNX2、Osterix基因相对表达量C组高于B组,而HIF-1α蛋白相对表达量B组高于C组,差异均有统计学意义(P0.05)。培养21 d茜素红染色示,A组可见少许结节状红染物质,B组可见中等量红染物质,而C组可见大量红染物质。结论低氧能明显促进BMSCs增殖,DMOG对BMSCs增殖无明显影响;低氧与DMOG均能促进BMSCs成骨分化,且DMOG促BMSCs成骨分化能力更强。     

双向诱导的骨髓基质干细胞体外成骨与成血管的实验研究

目的 探讨双向诱导的骨髓基质干细胞(BMSCs)形成内皮细胞、成骨细胞与BMSCs共存体系的体外成骨与成血管的能力.方法 采用密度梯度离心法分离培养兔BMSCs.贴壁细胞分为四组:A组(单纯的BMSCs组)、B组(成骨诱导的BMSCs组)、C绀(内皮诱导的BMSCs组)和D组(双向诱导的BMSCs组).通过倒置相差显微镜观察细胞形态学变化,并采用流式细胞仪检测诱导前后的细胞表面抗原,采用茜素红染色观察钙结节,基质胶成血管法观察四组细胞体外成血管的能力.结果 ①经流式细胞学检测,分离培养的BMSCs主要表达CD90、CD105和CD44;BMSCs向内皮细胞诱导1周后,细胞表面抗原CD34和CD133的表达升高,而CD90和CD105的表达减少,相比诱导前差异有统计学意义(P<0.05);BMSCs继续向成骨细胞诱导1周后,细胞表面抗原CD44和HLA-DR升高,相比诱导前差异有统计学意义(P<0.05).②茜素红染色结果显示D组的钙结节大于B组,而A组和C组未见钙结节形成.③体外血管新生试验中,C组的管道数目与面积大于D组,差异有统计学意义(P<0.05),而A组与B组未见管道形成.结论 BMSCs双向诱导形成内皮细胞、成骨细胞与BMSCs共存体系,在体外共培养过程中不仅可以形成钙结节,而且可以形成微血管,有利于骨组织和血管联合构建,是一种良好的构建组织工程骨的种子细胞.     

组织工程骨神经化构建及其修复兔大段骨缺损的实验研究

目的构建功能化组织工程骨是目前骨组织工程研究过渡到临床应用的重要方向。通过组织工程骨的神经化构建,在体内外实验的基础上探讨神经因素在骨组织工程中的作用。方法5～6月龄健康新西兰大白兔54只,雌雄不限,体重2～3kg,从骨髓中分离培养BMSCs;制备兔外周感觉神经匀浆和运动神经匀浆,按1∶10(V/V)加入LG-DMEM培养基,培养第2代BMSCs。对照组以LG-DMEM培养基培养。通过MTT实验、ALP染色和Ⅰ型胶原免疫细胞化学染色鉴定,观察感觉、运动神经匀浆在体外对BMSCs增殖和成骨分化的影响。将体外经成骨诱导的BMSCs复合β磷酸三钙(βtricalcium phosphate,β-TCP)制备组织工程骨,植入兔体内修复15mm股骨与骨膜缺损。将兔随机分为3组,每组18只,A组在β-TCP生物支架材料的侧槽中植入感觉神经束,B组植入运动神经束,C组为单纯组织工程骨;分别于术后4、8、12周通过X线片、骨密度检测和免疫组织化学染色观察神经化组织工程骨的成骨效应。结果MTT法检测示,各组吸光度(A)值随培养时间延长均逐渐增加,从6d开始,感觉神经组和运动神经组的A值均低于对照组(P0.01);8d和10d时,感觉神经组A值低于运动神经组(P0.05)。培养7d后,感觉神经组和运动神经组ALP染色阳性细胞数均明显少于对照组;培养14d后,感觉神经组和运动神经组的细胞未见Ⅰ型胶原阳性表达,对照组的细胞Ⅰ型胶原表达呈阳性。兔大段骨缺损修复区的术后X线片及Yang评分提示,随着时间延长,各组Yang评分逐步升高,8周后A组评分高于B、C组(P0.01),B、C组间差异无统计学意义(P0.05)。术后12周骨密度检测显示A组骨缺损修复良好,骨密度值高于B、C组(P0.01),B、C组间差异无统计学意义(P0.05)。术后12周组织工程骨成骨局部的免疫组织化学染色显示,S-100在A组表达量较高,B组表达量较少,C组偶见表达;降钙素基因相关肽在A组表达量高,B、C组表达量较少。结论感觉、运动神经匀浆抑制BMSCs增殖和成骨分化,神经化组织工程骨的成骨和塑形与感觉神经作用更为密切。     

BMSCs条件培养基改善地塞米松对成骨细胞成骨功能抑制效应的研究

目的探讨BMSCs的旁分泌作用对地塞米松所致成骨细胞成骨功能抑制作用的影响。方法首先通过培养小鼠BMSCs 24 h制备无血清条件培养基备用。将小鼠MC3T3-E1细胞株复苏并传至第3代用于实验,分为4组:A组为对照组;B组于细胞中添加1μmol/L地塞米松;C组于细胞中按1∶1比例添加1μmol/L地塞米松和BMSCs条件培养基;D组仅添加BMSCs条件培养基。培养24 h后收集细胞测定ALP含量,Western blot测定细胞内RUNX2、骨钙素(Osteocalcin)蛋白表达,实时荧光定量PCR(real-time fluorescence quantitative PCR,RT-q PCR)测定细胞内α1-Ⅰ型胶原(collagen typeⅠ-α1,COL1A1)、RUNX2、ALP、Osteocalcin基因表达;21 d后行茜素红染色观察钙结节形成情况。结果培养24 h后,B、C、D组ALP含量均显著低于A组,B组低于C、D组(P0.05),C、D组间差异无统计学意义(P0.05)。Western blot检测示,B组RUNX2蛋白相对表达量显著低于A、C、D组(P0.05),A、C、D组间比较差异无统计学意义(P0.05);B组Osteocalcin蛋白相对表达量均显著低于A、C、D组,A、C组低于D组(P0.05),A、C组间差异无统计学意义(P0.05)。RT-q PCR检测示,B、C、D组RUNX2、Osteocalcin、COL1A1、ALP基因相对表达量均显著低于A组(P0.05);D组RUNX2、Osteocalcin、ALP基因相对表达量均显著高于B、C组,C组显著高于B组(P0.05);D组COL1A1基因相对表达量显著高于B组(P0.05),B、C组间及C、D组间比较差异均无统计学意义(P0.05)。培养6 d时A组细胞死亡;21 d时B、C、D组均可见钙结节阳性染色,且逐渐增强。结论小鼠BMSCs条件培养基能改善地塞米松对成骨细胞成骨功能的抑制效应。     

环指蛋白11调控Akt信号通路促进BMSCs成骨分化的机制研究北大核心CSCD

目的研究BMSCs成骨分化过程中环指蛋白11(ring finger protein 11,RNF11)对Akt信号通路的调节作用,为进一步阐明BMSCs成骨分化机制和用于临床治疗提供思路。方法从健康人体新鲜骨髓中分离培养BMSCs并传代,取第4代细胞经流式细胞术,成骨、成软骨和成脂诱导培养鉴定后用于实验。BMSCs成骨诱导分化培养0~14 d,通过茜素红染色和ALP染色检测其成骨分化程度,并用Western blot法检测RNF11蛋白表达。取第4代BMSCs,分为空白对照组(A组)、空载慢病毒(Lv-NC)组(B组)和敲低RNF11(Lv-ShRNF11)组(C组),成骨诱导分化培养0~14 d,采用Western blot检测RNF11蛋白表达,茜素红染色和ALP染色检测其成骨分化程度,14 d实时荧光定量PCR(real-time fluorescence quantitative PCR,qRT-PCR)检测BMSCs成骨标志物Runx2、骨钙素(osteocalcin,OCN)及骨桥蛋白(osteopontin,OPN)的mRNA相对表达量;采用Western blot检测Akt、Smad1/5/8及β-catenin信号通路蛋白相对表达量,以磷酸化前后比值表示。为研究RNF11对Akt信号通路的影响机制,取第4代BMSCs分为Lv-NC转染组(A1组)、Lv-ShRNF11转染组(B1组)和添加Akt信号通路激活剂SC79的Lv-ShRNF11转染组(C1组),14 d时采用Western blot检测RNF11和Akt信号通路蛋白相对表达量,茜素红染色、ALP染色及qRT-PCR检测成骨相关指标。结果流式细胞术及成骨、成软骨和成脂诱导培养鉴定显示分离培养细胞为BMSCs。RNF11蛋白相对表达量随成骨分化时间延长而逐渐增加(P<0.05);下调RNF11后,茜素红和ALP染色示C组相较于A、B组BMSCs成骨分化程度降低,qRT-PCR检测示Runx2、OCN、OPN mRNA相对表达量减少(P<0.05)。随成骨分化时间延长,RNF11与Akt信号通路蛋白相对表达量均上升(P<0.05)。下调RNF11后,C组相较于A、B组,其Akt信号通路蛋白相对表达量显著降低(P<0.05),而对Smad1/5/8以及β-catenin信号通路蛋白相对表达量无明显影响(P>0.05)。B1、C1组相较于A1组,其RNF11蛋白相对表达量减少(P<0.05),B1组相较于A1、C1组,其Akt信号通路蛋白相对表达量降低(P<0.05);茜素红与ALP染色示C1组BMSCs成骨分化程度稍低于A1组(P>0.05),而明显高于B1组(P<0.05);qRT-PCR检测示C1组Runx2、OCN、OPN mRNA相对表达量稍低于A1组(P>0.05),而明显高于B1组(P<0.05)。结论RNF11通过正向调控Akt信号通路激活水平促进BMSCs向成骨细胞分化。RNF11可作为提高BMSCs修复骨缺损疗效以及治疗骨代谢病的潜在靶点。     

SDF-1α/CXCR4信号通路在轴向应力刺激促进骨再生中的作用研究

目的通过轴向应力刺激促进骨再生,观察基质细胞衍生因子1α/趋化因子CXC亚族受体4(stromal cell-derived factor 1α/cysteine X cysteine receptor 4,SDF-1α/CXCR4)信号通路变化,探讨轴向应力刺激促进骨再生的机制。方法取72只雄性新西兰大白兔,于右后肢胫骨近端内侧制备直径8 mm圆形皮质骨缺损并脱蛋白松质骨支架修复模型,随机分为3组(n=24)。A组腹腔注射PBS,B组术肢给予应力刺激治疗+腹腔注射PBS,C组术肢给予应力刺激治疗+腹腔注射CXCR4拮抗剂(AMD3100)。术后2、4、8、12周,摄X线片并采用Lane-Sandhu X线评分标准评价骨愈合情况,取标本行HE染色观察新生骨组织及支架降解,免疫组织化学染色观察VEGF、CXCR4表达水平;4、8周取标本Western blot检测SDF-1α及CXCR4蛋白表达水平;12周行Micro-CT检查,计算新生骨体积及新生骨密度。结果 X线片检查示,除术后2周各组骨缺损区及支架无明显变化外,4、8及12周时B组骨愈合评分均高于A、C组(P0.05)。12周时Micro-CT扫描可见B组骨缺损修复、髓腔再通,新生骨体积及骨密度均高于A、C组(P0.05)。HE染色显示,术后4周开始B组骨再生及支架降解均明显快于A、C组。免疫组织化学染色示,各组VEGF及CXCR4阳性表达均在4周达峰值;各时间点B组VEGF及CXCR4表达量均显著高于A、C组(P0.05)。Western blot检测显示,4、8周时B组SDF-1α与CXCR4表达量均显著高于A、C组(P0.05)。结论轴向应力刺激促进骨再生可能与其促进骨缺损区组织高表达SDF-1α,激活与其下游调控BMSCs募集的CXCR4信号有关。     

植入感觉神经束和血管束的组织工程骨修复兔股骨缺损对神经激肽1受体和血管活性肠肽受体1表达的影响

目的研究植入了感觉神经束和血管束的组织工程骨修复兔股骨缺损对神经激肽1受体(neurokinin1receptor,NK1R)和血管活性肠肽受体1(vasoactive intestinal peptide type1receptor,VIPR1)表达的影响。方法 5月龄健康新西兰大白兔54只,抽取髂骨红骨髓,全骨髓贴壁筛选法分离、培养BMSCs。取第3代BMSCs成骨诱导培养7d后,与β磷酸三钙支架复合培养制备组织工程骨。将54只兔制备单侧股骨1.5cm缺损模型,随机分成3组(n=18),分别在修复缺损的组织工程骨侧槽中植入感觉神经束(A组)、股血管束(B组),以及空白对照(C组)。术后4、8、12周各组分别处死6只兔,对修复骨段进行大体观察、X线片检查成骨情况,提取总RNA行实时荧光定量PCR检测NK1R mRNA和VIPR1mRNA的表达情况,并行免疫组织化学染色检测NK1R和VIPR1的表达情况。结果大体观察和X线片检查均显示A、B组成骨情况优于C组。各组X线片评分随时间延长逐渐升高。术后4周B组X线片评分高于A、C组(P0.05),A、C组间差异无统计学意义(P0.05);术后8、12周A、B组X线片评分高于C组(P0.05);A、B组间差异无统计学意义(P0.05)。实时荧光定量PCR检测示各组NK1R mRNA和VIPR1mRNA的表达量均于术后8周达峰值,各时间点间表达量差异均有统计学意义(P0.05);各时间点A、B组NK1R mRNA和VIPR1mRNA表达均高于C组(P0.05),B组高于A组(P0.05)。免疫组织化学染色显示,各组NK1R和VIPR1的阳性表达均在术后8周最强,且A、B组的表达强于C组。结论血管束植入法可以替代感觉神经束植入法构建血管、神经化组织工程骨,并能促进神经肽受体的表达,避免因感觉神经束植入导致支配区的感觉缺失,是一种较理想的复合组织工程骨构建方法 。     

比较带蒂筋膜瓣包裹接种自体红骨髓的组织工程骨修复骨缺损时促血管化成骨与膜诱导成骨作用

目的比较带蒂筋膜瓣包裹组织工程骨在修复骨缺损时促血管化成骨与膜诱导成骨的作用,为临床修复骨缺损提供参考依据。方法采用兔自体红骨髓(autologous red bone marrow,ARBM)及含重组人BMP-2的骨诱导活性材料构建组织工程骨。将4～5月龄新西兰大白兔60只(体重2.0～2.5 kg),随机分为A、B、C 3组,A组16只,B、C组各22只。制备长1.5 cm的右尺骨长段骨-骨膜完全缺损模型,A组于骨缺损处植入组织工程骨;B、C组在骨缺损邻近处制备一筋膜瓣包裹组织工程骨后植入骨缺损,B组将筋膜瓣蒂部切断形成游离筋膜瓣,C组为带蒂筋膜瓣。术后4、8、12、16周,每组随机取4只实验动物,取骨缺损区组织进行大体观察、组织学及免疫组织化学染色观察;8、12、16周B、C组各另取2只实验动物行腋动脉墨汁灌注观察。结果大体观察示,术后4、8周A组有纤维结缔组织形成,B、C组筋膜瓣形成类似骨膜样纤维组织,其中B组有软骨样组织形成,C组有新生骨形成;12、16周A组骨痂形成少,B组新生骨较多,C组骨干形成。组织学观察示,术后4、8周A、B组新生血管和骨小梁极少,C组血管丰富且成熟骨小梁及软骨组织形成;12、16周A组新生血管及骨小梁仍较少,B组血管数量较多且成熟骨小梁显著增加,髓腔结构形成但闭阻;C组血管数量减少,成熟骨结构形成,骨髓腔再通。免疫组织化学染色示,C组各时间点CD105、CD34、Ⅷ因子表达均高于A、B组。骨形态计量分析显示,术后各时间点C组新生骨小梁体积明显大于A、B组(P<0.05);A、B组间除4周差异无统计学意义(P>0.05)外,其余时间点差异均有统计学意义(P<0.05)。血管图像分析显示术后各时间点C组骨修复区内血管再生面积比值明显大于A、B组(P<0.05)。墨汁灌注检查示,各时间点B组成骨区为稀疏的墨染区;C组成骨区墨染数量多且较密集,8周达高峰,之后逐渐减少。结论 带蒂筋膜瓣包裹复合自体ARBM的组织工程骨,早期以促血管化成骨作用占主导地位,后期血管化成骨作用逐渐消失,以膜诱导成骨作用为主。     

BMSCs来源成骨细胞和内皮细胞复合壳聚糖-羟基磷灰石多孔支架构建血管化组织工程骨研究

目的探讨大鼠BMSCs来源的成骨细胞和内皮细胞复合壳聚糖-羟基磷灰石多孔支架植入大鼠桡骨缺损处的成骨作用和成血管作用。方法取分离培养至第3代的SD大鼠BMSCs行成骨和成内皮细胞诱导并鉴定。分别将内皮细胞(A组)、成骨细胞(B组)、混合细胞(成骨细胞和内皮细胞比例为1∶1,C组)均匀滴加于壳聚糖-羟基磷灰石多孔支架上制备3组细胞-支架复合物,MTT检测支架内细胞增殖活性。取2月龄雄性SD大鼠30只,制作大鼠桡骨5 mm长缺损模型并分别植入3组细胞-支架复合物(n=10)。术后4、8、12周分别取移植物行HE染色观察,CD34免疫组织化学染色计数微血管密度,RT-PCR法检测骨桥蛋白(osteopontin,OPN)和骨保护素(osteoprotegrin,OPG)mRNA表达。结果 BMSCs成骨诱导7 d后ALP染色可见细胞质内蓝染颗粒,细胞核呈红染;内皮细胞诱导14 d后,CD34免疫细胞化学染色可见细胞内棕色颗粒。MTT检测示3组细胞活性随时间延长逐渐升高。HE染色示,术后12周A组未见明显类骨质形成,而有较密集的微血管结构及较多纤维组织形成;B、C组可见均质的类骨质,呈条索状和岛状分布,可见大量成骨样细胞存在。术后各时间点A、C组微血管密度均显著高于B组(P<0.05);A组术后12周微血管密度高于C组(P<0.05),其余2个时间点A、C组间差异无统计学意义(P>0.05)。A组3个时间点OPN和OPG mRNA表达水平均较低,与B、C组比较差异有统计学意义(P<0.05);B、C组分别于术后8、12周OPN mRNA表达达峰值,4周时OPG mRNA表达达峰值。结论 BMSCs来源的成骨细胞和内皮细胞按1∶1比例共培养于壳聚糖-羟基磷灰石多孔支架作为组织工程骨移植物,可以促进大鼠桡骨缺损部位骨的形成和血管化,促进骨缺损愈合。     

组织界面刚度变化对大鼠BMSCs成骨分化的影响

目的探讨组织界面刚度变化对大鼠BMSCs铺展、增殖和成骨分化的影响,寻找适合其成骨分化的刚度范围。方法取4周龄SPF级雄性SD大鼠骨髓,采用全骨髓细胞贴壁法分离培养BMSCs并鉴定。取第3代BMSCs,按1×10~5个/mL密度接种于覆盖弹性模量分别为1、4、10、40、80 kPa聚丙烯酰胺水凝胶(polyacrylamide hydrophilic gel,PA)的普通培养皿(细胞接种于PA基底上),普通培养皿(弹性模量75 MPa)作为对照,光镜下观察细胞在不同刚度PA上的铺展状态。选取4、10和40 kPa PA覆盖作为研究对象(分别为A、B、C组),以普通培养皿为对照组(D组),细胞计数检测BMSCs生长情况,ALP试剂盒检测BMSCs的ALP浓度,茜素红染色法检测BMSCs的钙沉积状况,实时荧光定量PCR检测BMSCs的骨钙素(bone gla protein,BGP)、Runx2、Ⅰ型胶原mRNA表达。结果随着PA刚度的提升,BMSCs铺展面积增加,尤其在10、40 kPa PA上铺展较好。生长曲线示,培养1、2 d各组间细胞增殖情况差异无统计学意义(P0.05),3~5 dB、C组增殖情况明显优于A、D组(P0.05),5 d时C组显著高于B组(P0.05)。A、B、C、D组ALP浓度分别为(53.69±0.89)、(97.30±1.57)、(126.60±14.54)、(12.93±0.58)U/gprot,A、B、C组显著高于D组,C组高于A、B组,差异均有统计学意义(P0.05)。茜素红染色示,C组钙结节百分比为20.07%±4.24%,显著高于A、B、D组,差异有统计学意义(P0.05)。实时荧光定量PCR检测示,A、B、C组BGP、Ⅰ型胶原m RNA相对表达量均高于D组,C组高于A、B组,差异均有统计学意义(P0.05)。B、C组Runx2 mRNA相对表达量高于D组,C组高于B组,差异均有统计学意义(P0.05);A、D组间差异无统计学意义(P0.05)。结论 10~40 kPa范围的PA能促进大鼠BMSCs增殖及成骨分化,刚度越高,作用越强。     

非接触共培养条件下人BMSCs对氧化应激环境中退变髓核细胞凋亡的保护研究

目的BMSCs移植可修复椎间盘退变,但确切修复机制尚不明确。探讨非接触共培养条件下人BMSCs对氧化应激诱导退变髓核细胞(nucleus pulposus cells,NPCs)凋亡的保护作用,了解BMSCs移植修复椎间盘退变的可能机制。方法密度梯度离心联合贴壁法分离、培养正常人BMSCs,并鉴定CD34、CD45、CD13细胞表面分子。胶原酶消化法分离、培养人退变椎间盘NPCs,HE染色、倒置相差显微镜观察NPCs细胞形态,甲苯胺蓝染色、免疫细胞化学染色鉴定NPCs的类软骨细胞表型。取第3代BMSCs和第1代NPCs按共培养体系不同分为4组:A组单纯NPC(s1×106个)培养,不行凋亡诱导;B组BMSCs(1×106个)与NPCs(1×106个)共培养;C组BMSCs(3×105个)与NPCs(1×106个)共培养;D组单纯NPCs(1×106个)培养,行凋亡诱导。B、C、D组分别于共培养3、7d加入0.1mmolH2O2作用20min诱导NPCs凋亡。胰蛋白酶消化收集各组NPCs,行DAPI染色观察细胞核形态,Annexin-V/碘化丙啶染色、流式细胞仪计算凋亡率,半定量RT-PCR检测Bcl-2、Bax基因转录水平,Western-blot检测Caspase-3蛋白含量。结果成功分离并培养人BMSCs和人退变椎间盘NPCs;BMSCs鉴定呈CD34-、CD45-、CD13+;第1代NPCs呈梭形或多角形,于胞质内表达Ⅱ型胶原和聚集蛋白聚糖。DAPI染色示凋亡的NPCs可见细胞核固缩;共培养3、7d后,B组(29.26%±8.90%,18.03%±2.25%)及C组(37.10%±3.28%,13.93%±1.25%)细胞凋亡率均低于D组(54.90%±5.97%,26.97%±3.10%),高于A组(15.67%±1.74%,8.87%±0.15%),比较差异均有统计学意义(P0.05)。半定量RT-PCR检测示B、D组髓核细胞Bcl-2的转录水平提高(P0.05),Bax的转录水平无显著变化(P0.05);Western blot检测示B、C组NPCs的Cas-pase-3蛋白表达量低于D组,高于A组,差异有统计学意义(P0.05)。结论非接触共培养条件下人BMSCs可一定程度保护氧化应激诱导的退变NPCs凋亡,BMSCs共培养预处理的NPCs可能通过降低Bax/Bcl-2的转录比例来增强抗凋亡能力。     

腺病毒介导BMP-2联合低氧诱导因子1α突变型与单基因BMP-2分别转染BMSCs后成骨效应的比较研究

目的比较腺病毒载体Ad-BMP-2-内部核糖体进入位点(internal ribosome entry site,IRES)-低氧诱导因子1α突变型(hypoxia inducible factor 1αmu,HIF-1αmu)与Ad-巨细胞病毒(cytomegalovirus,CMV)-BMP-2-IRES-人源化海肾绿色荧光蛋白1(human renilla reniformis green fluorescent protein 1,hrGFP-1)分别转染BMSCs后的成骨效应,优化成骨细胞种子来源。方法取1月龄新西兰大白兔骨髓分离培养BMSCs。取第3代BMSCs进行病毒液转染,根据转染病毒液不同将实验分为4组,A、B、C组分别采用感染复数(multiplicity of infection,MOI)为50、100、150和200的Ad-BMP-2-IRES-HIF-1αmu、Ad-CMV-BMP-2-IRES-hrGFP-1、Ad-CMV-IRES-hrGFP-1(空腺病毒载体)转染细胞,D组为未被转染的BMSCs。选择最佳MOI值进行观察。转染后采用免疫组织化学染色检测BMP-2表达,Western blot检测BMP-2和HIF-1α蛋白表达,ALP活性测定和钙结节茜素红染色检测细胞成骨分化能力。结果 A、B、C组最佳MOI值分别为200、150和100。免疫组织化学染色示,A、B组BMP-2染色呈阳性,C、D组呈阴性;A组阳性细胞数明显多于B组(P<0.05)。Western blot检测示,A、B组BMP-2蛋白表达明显高于C、D组(P<0.05),A组高于B组(P<0.05);A组HIF-1α蛋白表达明显高于其余3组(P<0.05),其余3组间差异无统计学意义(P>0.05)。A、B组ALP活性明显高于C、D组(P<0.05),A组高于B组(P<0.05)。茜素红染色示,A、B组可见明显钙结节,C、D组未见钙结节形成;且A组钙结节数量多于B组(P<0.05)。结论单载体双基因Ad-BMP-2-IRES-HIF-1αmu与单载体单基因Ad-CMV-BMP-2-IRES-hrGFP-1分别转染兔BMSCs后,前者BMP-2和成骨效应表达均高于后者。     

单纯骨软骨镶嵌成形术与联合组织工程方法治疗急性骨软骨缺损的对比研究

目的 对比研究单纯骨软骨镶嵌成形术与联合组织工程方法 及联合未转染基因的BMSCs-藻酸钙修复急性骨软骨缺损的效果. 方法 对携带hTGF-β,的重组腺病毒转染BMSCs(hTGF-β转染组)、采用携带Lac-Z报告基因的重组腺病毒(Adv-βgal)转染BMSCs(Adv-βgal转染组)及未转染BMSCs(未转染空白对照组)进行Westernblot检测hTGF-β1、Col Ⅱ及Aggrecan表达.将雄性6月龄崇明山羊18只,体重22～25 kg,随机分为A、B、C组(n=6).取B、C组自体骨髓进行BMSCs分离、培养,传至第3代.B组细胞行hTGF-β,重组腺病毒转染.3组动物于双后肢股骨内髁负重区采用骨钻制各直径5 mm、长3 mm的缺损,A组采用自体骨软骨柱修复:B组修复材料同A组,并同时将5 mL转染hTGF-β1的BMSCs藻酸钠混合液注入空隙,加入CaCl2产生凝胶;C组:修复方法 同B组,采用未转染hTGF-β1的自体BMSCs藻酸钠混合液.术后观察山羊一般情况,于术后12周及24周取材,行大体及组织学观察,并参照O'Driscoll,Keeley and Salter组织形态学评分标准进行评分;术后24周行免疫组织化学及透射电镜观察. 结果 转染后5 d,hTGF-β1转染组细胞hTGF-β1、Col Ⅱ及Aggrecan表达均显著强于Adv-βgal转染组及未转染空白对照组.术后动物均存活至实验完成,伤口Ⅰ期愈合.大体观察B组修复组织边界模糊,移植修复区域表面光滑;A、C组软骨间空隙有裂隙存在.组织学观察A组软骨间空隙区纤维软骨样组织修复、纤维组织填充或相邻软骨增生;B组修复软骨细胞排列规律,交界区整合良好;C组软骨间的空隙区见纤维软骨样组织,存在裂隙.各时间点B组组织学评分均高于A、C组,C组高于A组,差异均有统计学意义(P<0.05);B组12周与24周差异有统计学意义(P<0.05).术后24周免疫组织化学示B组软骨间修复组织染色以软骨细胞和陷窝周围明显,A、C组呈淡染.透射电镜观察示B组修复组织可见典犁软骨细胞,A、C组见平行或交错排列的胶原纤维束. 结论 骨软骨镶嵌成形术联合组织工程方法 可解决单纯骨软骨镶嵌成形术残留缺损愈合不良及软骨间整合不良的问题.     

联合转染人VEGF165和ANG-1双基因对大鼠骨髓基质干细胞成骨分化的影响

[目的]研究联合转染入血管内皮细胞生长因子165(VEGF165)和血管紧张素-1(ANG-1)双基因对大鼠骨髓基质干细胞(BMSCs)成骨分化潜能的影响.[方法]将本室构建的编码人VEGF165和ANG-1双基因腺病毒质粒pAd-VIA在QBI-293A细胞内进行包装和扩增,获得腺病毒载体pAd-VIA,将其体外转染大鼠BMSCs,应用诱导培养液定向诱导向成骨细胞分化.实验分为4组:A.腺病毒载体pAd-VIA转染BMSCs并诱导组;B.BMSCs诱导组;C.腺病毒载体pAd-VIA转染BMSCs组;D.单纯BMSCs组.通过碱性磷酸酶(ALP)染色和活性的测定、Ⅰ型胶原免疫荧光染色、茜素红染色来评价联合转染双基因对BMSCs成骨分化潜能的影响.[结果]重组腺病毒质粒pAdVIA在QBI-293A细胞内成功包装和扩增,有大量的绿色荧光蛋白表达,体外转染大鼠BMSCs后,A、B组的ALP染色、Ⅰ型胶原免疫荧光染色、茜素红染色为阳性,而C组和D组为阴性.ALP活性表达具有时间相关性,3 d开始表达,7 d到达高峰,在7、14 d,A、B组与C、D组之间ALP表达均具有统计学差异(P＜0.01),A组和B组之间,在各个时间点均无统计学差异(P＞0.05).[结论]腺病毒载体pAd-VIA转染大鼠BMSCs后,未明显影响其体外成骨分化潜能.     

生长分化因子7体外促进BMSCs向肌腱细胞分化的研究

目的探讨生长分化因子7(growth differentiation factor7,GDF-7)在体外能否促进BMSCs向肌腱细胞分化,为改善BMSCs修复肌腱疗效提供依据。方法采用密度梯度离心法从绿荧光大鼠骨髓组织中分离培养BMSCs,通过成骨、成脂和成软骨分化鉴定其多向分化能力。取第3代BMSCs根据成肌腱培养液中加入不同浓度GDF-7(0、12.5、25.0、50.0ng/mL),分为A、B、C、D组。体外诱导培养2周后,实时荧光定量PCR检测各组scleraxis、tenomodulin、tenascinC和Ⅰ型胶原mRNA表达,免疫细胞化学染色观察tenomodulin、tenascinC和Ⅰ型胶原蛋白表达,Western blot法检测A、C组tenomodulin蛋白的表达。结果经鉴定,分离培养的BMSCs具有成骨、成脂和成软骨分化的多向分化能力。实时荧光定量PCR检测结果示,B、C、D组的tenomodulin mRNA表达分别较A组增加了2.85、3.41、3.07倍(P<0.05),scleraxis mRNA表达增加了2.13、1.50、2.56倍(P<0.05),tenascin C mRNA表达增加了2.45、2.86、1.88倍(P<0.05),但B、C、D组间比较差异均无统计学意义(P>0.05)。B、C组Ⅰ型胶原mRNA表达较A组分别增高了1.92和2.45倍(P<0.05);D组较A组有所增高,但差异无统计学意义(P>0.05)。免疫细胞化学染色示,B、C、D组均有tenomodulin、tenascin C和Ⅰ型胶原蛋白表达,而A组均未表达;除C组Ⅰ型胶原表达高于B、D组外,其他蛋白表达B、C、D组间无明显差异。Western blot检测示C组比A组有更高的tenomodulin蛋白表达。结论 GDF-7在体外能促进大鼠BMSCs向肌腱细胞分化。     

联合培养血管内皮细胞与脂肪干细胞构建组织工程骨异位成骨

目的探讨将联合培养血管内皮细胞(vascular endothelial cells,VECs)和脂肪干细胞(adiposederived stem cells,ADSCs)的培养体系作为种子细胞的组织工程骨异位成骨能力。方法采用纤维粘连蛋白复合部分脱蛋白骨(partially deproteinised bone,PDPB)制备部分脱蛋白生物骨(partially deproteinised biologic bone,PDPBB);分离培养18周龄SD大鼠ADSCs及足月妊娠SD大鼠脐血VECs。体外构建3种组织工程骨:PDPBB+VECs(A组)、PDPBB+ADSCs(B组)、PDPBB+联合培养细胞(VECs∶ADSCs为1∶1,C组),以单纯PDPBB为对照组(D组)。细胞移植后10 d行扫描电镜观察细胞在各组支架上的黏附情况。取18周龄SD大鼠48只,随机分为A、B、C、D 4组,每组12只。分别将A、B、C、D 4种支架材料植入相应组别的大鼠股部肌袋,术后2、4、8、12周处死动物行大体观察及HE染色和Masson染色组织学观察,并取Masson染色切片行骨胶原量定量检测。结果扫描电镜观察示,PDPB材料孔隙内部相互连通;纤维粘连蛋白修饰的PDPBB表面大量片状蛋白结晶松散附着于支架表面;复合细胞联合培养10 d后,C组大量细胞与PDPBB附着,细胞相互堆积形成细胞团,多角形细胞和梭形细胞混合分布,细胞沿骨小梁生长,形成细胞层。大体观察示术后2周各组肉芽组织开始长入材料孔隙。C组自4周后材料表面逐渐产生大量白色软骨样物质,表面高低不平。至12周时,A组材料表面血管量增多,材料呈实变;B组材料表面出现少许白色软骨样物质,但材料孔隙未见明显减小;D组材料孔隙大小未见明显减小。组织学观察可见术后2周,各组间骨胶原量比较差异无统计学意义(F=2.551,P=0.088);术后4、8、12周,C组骨胶原量显著高于其余3组,B组高于D组,差异均有统计学意义(P0.05);A组与B、D组比较差异均无统计学意义(P0.05)。结论联合培养VECs与ADSCs作为种子细胞构建组织工程骨的异位成骨能力最强。     

镁合金对骨髓间充质干细胞增殖及成骨分化的影响研究

目的：探讨镁合金对人骨髓间充质干细胞（BMSCs）增殖及成骨分化的影响。方法抽取人骨BMSCs并予以鉴定;采用AZ31B镁合金浸提液培养人BMSCs 1、3、5、7 d,以普通培养基为对照组,CCK-8法检测细胞增殖活性;应用浸提液培养人BMSCs,诱导分化后检测成骨分化相关基因（COLⅠ、ALP、OPN）的表达。另设置调节pH值AZ31B组（pH-AZ31B组）,以观察pH值变化对实验结果的影响。结果 BMSCs表达CD34（-）、CD45（-）、CD44（＋）、CD73（＋）、CD90（＋）、CD105（＋）。浸提液培养1、3、5、7 d,AZ31B组细胞相对增殖率低于对照组（P＜0.05）,毒性评级为2级;对照组和pH-AZ31B组细胞活性较好,两组细胞相对增殖率比较,差异无统计学意义（P ＞0.05）。AZ31B组COLⅠ基因表达量与对照组比较,差异无统计学意义（P ＞0.05）;AZ31B组ALP基因表达量较低（P＜0.05）,pH-AZ31B组与对照组无显著差异（P＞0.05）;AZ31B组OPN基因表达量在诱导分化后6 d、12 d显著高于对照组（P＜0.05）,pH-AZ31B组与对照组无显著差异（P＞0.05）。结论镁合金对BMSCs增殖及成骨分化无不良影响,其影响可能与浸提液pH值的变化有关。     

WNT6在BMSCs增殖、迁移和成骨分化中的作用

目的探讨WNT6对BMSCs增殖、成骨分化和迁移能力的影响。方法取小鼠BMSCs培养至30%~50%融合时,分别行WNT6沉默及过表达观察。WNT6沉默实验分为3组,分别为转染WNT6特异性sh RNA组(A1组)、转染对照sh RNA组(B1组)、未转染的正常细胞组(C1组)。过表达观察实验分为3组,分别为转染WNT6重组表达质粒组(A2组)、转染空载体组(B2组)、未转染的正常细胞组(C2组)。倒置显微镜下观察细胞形态,A1、B1、A2、B2组筛选稳定转染细胞;于转染后48 h取细胞,采用实时荧光定量PCR检测WNT6m RNA表达,Western blot检测WNT6及Ki73蛋白表达,Transwell法检测细胞迁移,MTT法检测细胞增殖;C1、C2组培养后相同时间点取细胞进行以上观测。各组细胞经成骨诱导培养12 d,检测ALP活性及钙沉积量。结果倒置显微镜下,A1、B1、C1组及A2、B2、C2组细胞形态基本一致。A1组WNT6 m RNA及蛋白、Ki67蛋白表达、细胞增殖及细胞迁移数目、ALP活性以及钙沉积量均显著低于B1、C1组,差异均有统计学意义(P0.05),B1、C1组间比较差异均无统计学意义(P0.05);而A2组以上各指标均显著高于B2、C2组,差异均有统计学意义(P0.05),B2、C2组间比较差异均无统计学意义(P0.05)。结论 WNT6能促进小鼠BMSCs增殖和迁移,并增强其成骨分化能力。     

H_2O_2下调miR-21对MC3T3-E1细胞成骨分化影响的研究

目的探讨H_2O_2诱导的miR-21下调对MC3T3-E1细胞成骨分化的作用及机制。方法取MC3T3-E1细胞系,培养传至第7代进行实验。取MC3T3-E1细胞,以不同浓度H_2O_2(0、40、80、160、320μmol/L)培养,经实时荧光定量PCR检测miR-21表达、MTS法检测细胞活性,选择H_2O_2最合适实验浓度。取MC3T3-E1细胞分为空白对照组(A组)、H_2O_2组(B组)、成骨诱导组(C组)、H_2O_2+成骨诱导组(D组),对应培养后实时荧光定量PCR检测miR-21表达以及成骨标志基因Runx2、骨桥蛋白(osteopontin,OPN)及Ⅰ型胶原蛋白(collagen typeⅠalpha 1,Col1a1)表达,Western blot检测磷酸酶与张力蛋白同源物(phosphatase and tensin homolog,PTEN)蛋白表达,茜素红染色观察细胞外钙基质沉积情况,分析H_2O_2对MC3T3-E1细胞成骨分化的影响。然后再取MC3T3-E1细胞,分为H_2O_2组(A1组)、H_2O_2+成骨诱导组(B1组)、H_2O_2+ miR-21抑制剂+成骨诱导组(C1组)、H_2O_2+ miR-21抑制剂阴性对照+成骨诱导组(D1组);以及H_2O_2组(A2组)、H_2O_2+成骨诱导组(B2组)、H_2O_2+ siRNA-PTEN阴性对照+成骨诱导组(C2组)、H_2O_2+siRNA-PTEN+成骨诱导组(D2组);对应培养后检测成骨标志基因(Runx2、OPN、Col1a1)表达以及细胞外钙基质沉积情况,分析下调miR-21或沉默PTEN对细胞成骨分化的影响。结果结合实时荧光定量PCR检测以及MTS法结果,选择160μmol/L H_2O_2进行实验。第1、2周B组miR-21相对表达量低于A组(P0.05),D组低于C组(P0.05);第2周C组PTEN蛋白相对表达量均低于A、D组(P0.05);第1、2周D组Runx2、OPN及Col1a1 mRNA相对表达量均低于C组(P0.05),茜素红染色显示D组钙基质沉积少于C组。C1组PTEN蛋白相对表达量高于D1组(P0.05);第1、2周B1、D1组Runx2、OPN mRNA相对表达量均高于C1组(P0.05),第2周B1、D1组Col1a1 mRNA均高于C1组(P0.05);茜素红染色显示C1组钙基质沉积少于B1、D1组。第1周D2组OPN、Col1a1 mRNA相对表达量高于B2、C2组(P0.05),第3周茜素红染色显示D2组钙基质沉积明显多于B2、C2组。结论 H_2O_2抑制MC3T3-E1成骨分化可能与miR-21下调有关。