转基因人骨髓间质干细胞在支架中增殖及矿化的研究

目的:观察携带骨形态发生蛋白2基因(BMP-2)的人骨髓间质干细胞(hMSCs)在生物衍生骨支架环境中的增殖及矿化.方法:利用BMP-2腺病毒载体转染hMSCs后种植生物衍生骨支架中,扫描电镜观察细胞生长增殖,能量谱仪测定钙质分泌,RT-PCR检测培养液上清中BMP-2表达.结果:转染后,hBMSC呈ALP、Ⅰ和Ⅱ型胶原阳性表达;细胞在支架中伸展良好,生长旺盛,并产生钙盐沉积;RT-PCR显示培养液上清中存在BMP-2基因表达.结论:转染BMP-2基因的hMSCs在生物衍生骨支架中能够立体生长、增殖,并继续表达目的基因,为基因修饰的组织工程骨修复骨缺损奠定了基础.     

腺病毒介导入BMP-2对骨髓间质干细胞成骨能力的影响

目的　探讨腺病毒介导的人骨形态发生蛋白 (BMP 2 )转染对体外培养骨髓间质干细胞(MSCs)成骨能力的影响。　方法　取日本大耳白兔 2 0只自双侧股骨大转子取材培养MSCs ,左侧来源细胞为实验组 ,右侧为对照组。以复制缺陷重组腺病毒介导人BMP 2基因转染MSCs后 ,用ALP检测两组细胞的ALP活性 ;骨钙素RT PCR检测两组细胞Ⅰ型胶原的表达 ;BGP放免分析检测两组细胞的骨钙素含量。　结果　转基因组和对照组ALP分泌量 (U/L)分别为 7 0 1± 0 5 9、5 2 3± 0 5 5 ;RT PCRⅠ型胶原的表达为 1 3 5± 0 12、3 65± 0 3 7;骨钙素 (ng/ml)为 2 4 5 0± 0 93和 15 45± 1 81。两组间差异均有显著性 (P <0 0 5 )。　结论　用腺病毒介导人BMP 2蛋白作用后的MSCs具有成骨细胞的生物学特性。腺病毒介导人BMP 2转基因可以提高MSCs的体外成骨能力。     

转基因干细胞构建组织工程骨的初步实验研究

目的 用转基因干细胞在体外构建组织工程骨.方法 用携带有人骨形态发生蛋白-2(BMP-2)和增强型绿色荧光蛋白(eGFP)的慢病毒感染骨髓基质干细胞(BMSCs)后接种于纳米羟基磷灰石/胶原/聚乳酸(nHAC/PLA)支架.荧光显微镜下观察eGFP表达,判断感染效率;RT-PCR、ELISA和Western-blot用于基因转染的表达检测;流式细胞仪检测细胞增殖;扫描电镜观察细胞在支架材料中的黏附、生长状况;ALP活性检测成骨能力.结果 慢病毒24 h对BMSCs的转染率约为90%;RT-PCR检测到BMP-2阳性表达,与实际值1191 bp基本一致;ELIISA检测24 h BMP-2蛋白含量为(148.2±21.6)pg/ml;流式细胞仪检测到细胞S期比例增加;ALP活性检测基因转染组明显强于对照组(P＜0.05);扫描电镜见细胞在nHAC/PLA支架上粘附生长良好;第8周时Western-blot仍可检测到BMP-2在相对分子质量26×103处出现阳性条带.结论 BMP-2基因可在BMSCs稳定表达并诱导其向成骨分化,与nHAC/PLA复合培养可用于组织工程骨构建.     

转基因干细胞构建组织工程骨的初步实验研究

目的 用转基因干细胞在体外构建组织工程骨.方法 用携带有人骨形态发生蛋白-2(BMP-2)和增强型绿色荧光蛋白(eGFP)的慢病毒感染骨髓基质干细胞(BMSCs)后接种于纳米羟基磷灰石/胶原/聚乳酸(nHAC/PLA)支架.荧光显微镜下观察eGFP表达,判断感染效率;RT-PCR、ELISA和Western-blot用于基因转染的表达检测;流式细胞仪检测细胞增殖;扫描电镜观察细胞在支架材料中的黏附、生长状况;ALP活性检测成骨能力.结果 慢病毒24 h对BMSCs的转染率约为90%;RT-PCR检测到BMP-2阳性表达,与实际值1191 bp基本一致;ELIISA检测24 h BMP-2蛋白含量为(148.2±21.6)pg/ml;流式细胞仪检测到细胞S期比例增加;ALP活性检测基因转染组明显强于对照组(P＜0.05);扫描电镜见细胞在nHAC/PLA支架上粘附生长良好;第8周时Western-blot仍可检测到BMP-2在相对分子质量26×103处出现阳性条带.结论 BMP-2基因可在BMSCs稳定表达并诱导其向成骨分化,与nHAC/PLA复合培养可用于组织工程骨构建.     

转基因干细胞构建组织工程骨的初步实验研究

目的 用转基因干细胞在体外构建组织工程骨.方法 用携带有人骨形态发生蛋白-2(BMP-2)和增强型绿色荧光蛋白(eGFP)的慢病毒感染骨髓基质干细胞(BMSCs)后接种于纳米羟基磷灰石/胶原/聚乳酸(nHAC/PLA)支架.荧光显微镜下观察eGFP表达,判断感染效率;RT-PCR、ELISA和Western-blot用于基因转染的表达检测;流式细胞仪检测细胞增殖;扫描电镜观察细胞在支架材料中的黏附、生长状况;ALP活性检测成骨能力.结果 慢病毒24 h对BMSCs的转染率约为90%;RT-PCR检测到BMP-2阳性表达,与实际值1191 bp基本一致;ELIISA检测24 h BMP-2蛋白含量为(148.2±21.6)pg/ml;流式细胞仪检测到细胞S期比例增加;ALP活性检测基因转染组明显强于对照组(P＜0.05);扫描电镜见细胞在nHAC/PLA支架上粘附生长良好;第8周时Western-blot仍可检测到BMP-2在相对分子质量26×103处出现阳性条带.结论 BMP-2基因可在BMSCs稳定表达并诱导其向成骨分化,与nHAC/PLA复合培养可用于组织工程骨构建.     

rhBMP-2对不同培养时间骨髓基质干细胞成骨能力的影响

目的：探讨不同培养阶段骨髓基质干细胞成骨能力的变化及BMP-2对其成骨能力的影响。方法：培养兔骨髓基质干细胞，测定第3代和第18代细胞碱性磷酸酶及骨钙素活性；测定BMP-2对不同培养时间骨髓基质干细胞成骨能力的影响；测定rhBMP-2对细胞增殖的影响。结果：细胞传至第18代后，分泌的骨钙素（OC）水平及ALP活力明显降低，与第3代细胞相比，差异显著（P〈0．05）。第3代细胞在rhBMP-2的诱导下，分泌的OC水平及ALP活力在原基础上进一步升高，与对照组相比，差异显著（P〈0.05）。结第18代细胞在rhBMP-2的诱导下，分泌的OC水平及ALP活力在原基础上升高，与对照组相比，差异不显著（P〉0．05）；随培养时间的延长，各组细胞数量均有所增加，rhBMP-2诱导组与对照组细胞无显著性差异（P〉0．05）。细胞的传代次数对细胞增殖无明显影响（P〉0．05）。结论：rhBMP-2对细胞增殖无影响。随着传代次数的增加，骨髓基质干细胞的成骨能力下降，rhBMP-2促进其成骨的能力亦下降。     

骨髓间质干细胞结合骨形态发生蛋白促进兔椎间关节融合的实验研究

[目的]探索应用骨髓间质干细胞结合骨形态发生蛋白进行脊柱前路融合的方法.[方法]自髂骨抽取骨髓4 ml,在体外扩增出自体骨髓间质干细胞;对12只新西兰大白兔经前路腹膜外行腰椎间盘切除脊柱融合术.每只动物取3个脊柱节段随机接受4种移植方法：骨髓间质干细胞、骨形态发生蛋白和纤维蛋白胶（A组）,骨髓间质干细胞和纤维蛋白胶（B组）,骨形态发生蛋白和纤维蛋白胶（C组）,纤维蛋白胶（D组）.实验动物在术后3个月处死,利用放射学和组织学方法观察、分析脊柱融合情况.[结果]A组的椎间隙骨痂形成明显较其他组多,组织学上有连续的骨痂形成;B组和C组显示出近似的放射学和组织学变化,有不连续骨痂生成.D组融合效果最差,为纤维肉芽组织填充椎间隙,无骨痂生成.[结论]自体骨髓基质干细胞、纤维蛋白和骨形态发生蛋白复合体在移植入体内3个月后有良好的成骨并初步获得椎体间融合.     

转染人骨形态发生蛋白在兔骨髓间充质干细胞的表达

目的：采用基因转移技术将人骨形态发生蛋白7（hBMP-7)基因转染兔骨髓间充质干细胞（BMSc ),检测外源基因的表达。方法：常规分子生物学技术构建hBMP-7逆转录病毒载体,制备含目的基因的重组逆转录病毒液,感染兔骨髓间充质干细胞,使用原位杂交以及免疫组织化学的方法检测hBMP-7在BMSc中的表达。结果：原位杂交和组化检测经hBMP-7基因转染的BMSc中出现阳性结果,未转染的BMSc中未见阳性结果出现。结论：采用逆转录病毒介导的方法可以将hBMP-7转染至BMSc中,并有外源性基因的表达。     

转染人骨形态发生蛋白在兔骨髓间充质干细胞中的表达

目的采用基因转移技术将人骨形态发生蛋白7(hBMP-7)基因转染兔骨髓间充质干细胞(BMSc),检测外源基因的表达.方法常规分子生物学技术构建hBMP-7逆转录病毒载体,制备含目的基因的重组逆转录病毒液,感染兔骨髓间充质干细胞,使用原位杂交以及免疫组织化学的方法检测hBMP-7在BMSc中的表达.结果原位杂交和免疫组化检测经hBMP-7基因转染的BMSc中出现阳性结果,未转染的BMSc中未见阳性结果出现.结论采用逆转录病毒介导的方法可以将hBMP-7转染至BMSc中,并有外源性基因的表达.     

BMPs信号通路调控骨髓间质干细胞的成骨分化

成骨细胞（osteoblast, OB）是由骨髓间质干细胞（mesenchymal stem cells, MSCs）在体内各种调节因素的诱导作用下分化而来的,也就是说,MSCs的成骨分化需要通过一系列信号转导途径来调控.目前研究较为深入,同时也是在MSCs成骨分化的分子机制中扮演重要角色的是骨形态发生蛋白（bone morphogenetic proteins, BMPs）信号转导途径.     

胰岛素基因转染的人脐带间充质干细胞与丝素蛋白支架构建组织工程脂肪的研究

目的 探讨携带重组人胰岛素基因慢病毒载体转染的人脐带间充质干细细( human umbilical cord mesenchymal stem cells,hUCMSCs)与丝素蛋白支架在体外构建组织工程化脂肪(tissue engineering adipose)的可行性.方法 以最适感染复数(MOI)为10重组慢病毒pLenti6.3-insulin-IRES-EGFP转染hUCMSCs组为实验组(A组),EGFP基因转染组为对照组(B组);将两组细胞接种于丝素蛋白支架,观察细胞在支架上的生长及黏附情况;尔后行细胞-支架复合物成脂诱导.四甲基偶氮唑蓝(MTT)法检测重组慢病毒转染对hUCMSCs生长增殖的影响以及基因转染后的hUCMSCs在丝素蛋白支架上的活性.结果 细胞-支架复合物成脂诱导5～7 d后,见A组支架内脂肪样细胞数量明显多于B组,差异有显著统计学意义(P=0.007,P＜0.01);逆转录-聚合酶链式反应(RT-PCR)检测显示,A组hUCMSCs表达的成脂特异性基因PPARγ-2明显高于B组.MTT法检测结果显示,转染重组慢病毒的hUCMSCs与未转染组各时间点吸光度A值比较,差异均无统计学意义(P=0.056,P＞0.05).细胞组与细胞支架组A值比较,差异无统计学意义(P=0.066,P＞0.05).结论 转染胰岛素基因的hUCMSCs成脂分化能力明显提高,且能有效地与丝素蛋白支架在体外构建组织工程化脂肪.     

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.     

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。     

人脐带间充质干细胞与蚕丝蛋白支架构建组织工程脂肪的研究

目的：将体外以人脐带间充质干细胞（hUCMSCs）与蚕丝蛋白支架初步构建的组织工程脂肪移植到大鼠体内,观察其演变过程。方法：hUCMSCs与蚕丝蛋白支架复合培养10天后,进行成脂诱导;6周后将其移植到Wi st ar大鼠后肢肌肉内,同时,以同体积支架材料作为对照;分别于移植后4周和8周取材,行油红O染色、HE染色以及扫描电镜观察。结果：hUCMSCs与蚕丝蛋白支架复合培养及成脂诱导6周后,见大量成脂样细胞生成,并与支架牢固粘附。移植4周,移植物体积略小,质稍硬,表面有透明薄膜形成,膜中分布新生血管网;油红O染色见支架内新生脂肪组织及细胞呈橙红色;HE染色显示支架网眼内有新生脂肪组织,并可见少量炎性细胞浸润;扫描电镜见支架网眼内有球形、表面光滑的脂肪细胞。移植8周,移植物体积进一步缩小,质变软,表面薄膜内血管网丰富;油红O染色见支架中着橙红色组织较前明显增多,部分呈片状融合;HE染色显示新生脂肪明显增多,仍有少量炎性细胞浸润;扫描电镜显示脂肪细胞较前增生明显。对照组同样可见炎性细胞浸润,未见新生脂肪组织生成,支架材料8周时较4周时降解更加明显。结论：随着时间推移,蚕丝蛋白支架网眼内脂肪细胞逐渐增多,支架材料在体内呈现逐步降解趋势,说明体内环境有利于组织工程化脂肪的进一步形成。同时,也提示支架材料在组织相容性方面尚存不足。     

滑膜间充质干细胞及其在组织工程中的应用

目的对滑膜间充质干细胞(synovium-derived mesenchymal stem cells,SMSCs)的研究进展及在组织工程中的应用进行综述。方法查阅近年SMSCs相关文献,从分离培养方法、基本特性及在组织工程中的应用三方面进行综述。结果 SMSCs具有分离方法简便、增殖能力及多分化能力较强的特点,已有研究将其应用于软骨、肌腱、韧带及骨组织工程领域。结论 SMSCs是MSCs家族的新成员,可能会成为组织工程领域新的种子细胞,还需要进一步深入研究。     

促进脂肪来源间充质干细胞成骨分化的诱导方法研究进展

脂肪来源间充质干细胞(ASCs)是一种多能成体干细胞,因安全、含量丰富、易于获取等优点而有望成为理想的骨组织工程(BTE)种子细胞。然而,相较于骨髓间充质干细胞,ASCs的成骨分化能力有限,往往需要进一步诱导。该文从优化支架、添加生物活性因子或促成骨药物、非编码RNA调控和物理刺激几个方面,对促进ASCs成骨分化的诱导方法的研究进展进行综述,以期为BTE研究提供参考。     

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.     

人脂肪来源干细胞复合I型胶原支架构建工程化脂肪组织的实验研究

目的 探讨构建组织工程化脂肪组织的可行性,为临床修复软组织缺损寻找一种新方法.方法 以酶消化法从人脂肪抽吸术抽吸物脂质部分获取人脂肪来源干细胞作为种子细胞,并行Dil体外荧光标记,以Ⅰ型胶原支架为载体材料,将细胞成脂诱导后,以1×107/ml细胞密度与支架复合后接种于裸鼠左侧背部皮下,未诱导组不对细胞进行任何诱导,以相同方式接种于裸鼠右侧背部皮下,空白对照组将Ⅰ型胶原空白支架接种于裸鼠颈部正中皮下,每组各6只实验鼠;于第12周取材,通过大体和荧光显微镜观察、湿重测定、组织学检测和油红0染色定性判断体内成脂能力.结果 原代培养的脂肪来源干细胞,经成脂诱导能演变为成熟脂肪细胞,油红0染色阳性.诱导组裸鼠皮下均发现新生组织块,新生物平均湿重为0.020 g,常规病理切片及油红0染色均证实其为成熟脂肪组织,Dil荧光显色阳性证实其为外源性;未诱导组4只裸鼠皮下发现新生组织块,新生物平均湿重为0.014 g,常规病理切片及油红0染色证实其含有部分成熟脂肪组织,Dil荧光显色阳性证实其为外源性.两组新生物湿重比较差异有统计学意义(P<0.01);空白对照组未见新生组织形成.结论 用酶消化法从人脂肪抽吸术抽吸物脂质部分提取的细胞为脂肪组织来源干细胞,该细胞能作为种子细胞经成脂诱导后.与Ⅰ型胶原支架在体内成功构建脂肪组织.     

Optimizing the osteogenic potential of adult stem cells for skeletal regeneration

Adult stem cells, including mesenchymal stem cells, display plasticity in that they can differentiate toward various lineages including bone cells, cartilage cells, fat cells, and other types of connective tissue cells. However, it is not clear what factors direct adult stem cell lineage commitment and terminal differentiation. Emerging evidence suggests that extracellular physical cues have the potential to control stem cell lineage specification. In this perspective article, we review recent findings on biomaterial surface and mechanical signal regulation of stem cell differentiation. Specifically, we focus on stem cell response to substrate nanoscale topography and fluid flow induced shear stress and how these physical factors may regulate stem cell osteoblastic differentiation in vitro. © 2011 Orthopaedic Research Society Published by Wiley Periodicals, Inc. J Orthop Res 29:1627–1633, 2011