上皮膜蛋白-1在人椎间盘髓核细胞中的表达

目的观察上皮膜蛋白-1(epithelia membrane protein-1,EMP-1)在人椎间盘髓核细胞中存在的表达。方法利用我们已建成的人胚椎间盘髓核细胞和退变椎间盘细胞培养体系,采用半定量反转录PCR和免疫组化方法检测EMP-1在这两种细胞中的表达情况。结果人胚及退变椎间盘髓核细胞中EMP-1均有表达,分布在不同部位,且具有一定的丰度。结论 EMP-1在正常和退变椎间盘细胞中的存在和生物学特性改变,提示EMP-1可能在椎间盘退变中担当重要角色。     

大鼠椎间盘巢源性干细胞对退化髓核细胞作用的研究

目的 :研究大鼠椎间盘巢源性干细胞(stem cells derived from ISN,ISN-SCs)对衰老髓核细胞(nucleus pulposus cells,NPCs)的作用。方法:取10只SD大鼠(雄性,10周龄),处死后分离获取脊柱功能单位,显露髓核及椎间盘干细胞巢(stem cell niches of the intervertebral disc,ISN)区域,解剖显微镜下仔细分离获取髓核和ISN组织,采用Ⅱ型胶原酶消化、细胞滤网过滤后,将原代ISN-SCs和NPCs分别重悬于培养液,接种于普通培养箱培养,细胞达约90%融合后进行传代,第三代(P3)NPCs及第四代(P4)ISN-SCs用于进一步实验。采用三系诱导分化(成骨、成软骨、成脂肪)培养液对P4 ISN-SCs分别进行定向诱导分化培养,采用茜素红、钙钴染色检测其成骨分化能力,阿利新蓝染色检测其成软骨分化能力,油红O染色检测其成脂肪分化能力;采用连续传代法,将P3 NPCs连续传代,制备NPCs衰老模型,衰老相关β-半乳糖苷酶(senescence associated-β-galactosidase,SA-β-Gal)染色法检测衰老模型的有效性。研究将细胞培养体系进一步分为正常对照组、衰老组、共培养组,正常对照组采用P3NPCs接种,衰老组采用衰老NPCs接种,共培养组采用P4 ISN-SCs与衰老NPCs以1∶1混匀后接种,各组样本细胞总数及培养环境相同。培养1周后,采用甲苯胺蓝染色检测各组蛋白聚糖表达水平,采用免疫组化检测各组Ⅱ型胶原蛋白表达水平,采用实时定量聚合酶链反应(quantitative real-time polymerase chain reaction,qPCR)检测各组ACAN和COL2a1的m RNA表达水平。结果 :在特定诱导环境下,ISN-SCs可以定向成骨、成软骨、成脂肪分化。SA-β-Gal染色显示连续传代后NPCs衰老率随着传代次数而逐渐增加,P3 NPCs未出现明显的衰老[衰老率(3.0±0.5)%],P5 NPCs衰老率为(18.3±0.7)%,P10 NPCs达到严重衰老标准[衰老率为(86.0±4.6)%]。胞外基质蛋白检测结果显示:与正常对照组相比,衰老组的蛋白聚糖甲苯胺蓝染色明显减弱,Ⅱ型胶原免疫组化染色强度定量也显著减弱(P0.05);而接触共培养后,与衰老组相比,共培养组中的蛋白聚糖甲苯胺蓝染色明显增强,Ⅱ型胶原免疫组化染色强度定量显著增强(P0.05)并恢复至正常水平。qPCR结果显示:与正常对照组相比,衰老组的ACAN和COL2a1的m RNA表达水平均显著性降低(分别为1.00±0.05 vs 0.43±0.03,P0.05;1.00±0.03 vs 0.40±0.02,P0.05);接触共培养后,与衰老组相比,共培养组中ACAN和COL2a1的m RNA表达水平均显著性增加(分别为0.43±0.03 vs 0.99±0.05,P0.05;0.40±0.02 vs1.07±0.04,P0.05),且与正常组相比无显著性差异。结论:ISN-SCs具有较好的三系分化能力,通过接触共培养能够提高胞外基质蛋白和基因的表达水平,对衰老NPCs产生良好的修复作用,为后续ISN-SCs修复椎间盘的体内研究打下理论基础。     

成人退变性椎间盘髓核细胞体外培养及形态学观察

目的通过对成人退变椎间盘髓核细胞的体外培养和形态学观察,进一步研究细胞因素在椎间盘退变中的作用机制。方法取5例患椎间盘突出症并行椎间盘摘除手术的成人髓核,分离后在培养基中进行髓核细胞培养,细胞染色、逆转录聚合酶链式反应、免疫荧光检测细胞Ⅰ、Ⅱ型胶原的表达。结果椎间盘髓核细胞可在体外培养,30d后方可进行传代,最佳的培养条件为胎牛血清/培养基体积分数为10%～20%,pH值7.0。髓核细胞中出现Ⅰ型胶原,并具有较高的表达,Ⅱ型胶原表达微弱。结论成人退变髓核细胞体外培养时间较长,细胞增殖能力低下,特定培养条件的摸索是成功与否的关键。     

pH值对人退变椎间盘髓核细胞凋亡的影响

[目的]观察不同pH值对体外培养人退变椎间盘髓核细胞凋亡的影响,为椎间盘退变的预防与治疗提供理论依据。[方法]对体外培养的人退变椎间盘髓核细胞利用甲苯胺蓝和番红O染色进行鉴定,并对P3代细胞分别用普通培养基(pH值7.4)、酸性培养基(pH值6.8)和酸性培养基(pH值6.8)+Cucl_2(酸质子受体抑制剂)培养24 h,用流式细胞仪测定细胞凋亡,计算细胞凋亡率。[结果]细胞染色结果均为阳性,证明实验中所培养的细胞为髓核类软骨细胞。普通培养基组的凋亡率为(8.86±0.20)%,酸性培养基组的凋亡率为(11.23±0.77)%,酸性培养基+Cucl_2组的凋亡率为(9.60±0.49)%。与其他两组相比,酸性培养基组的凋亡率明显增加(P0.05)。[结论]在低pH值的环境下,人退变椎间盘髓核细胞的凋亡率增加。     

人老化椎间盘髓核细胞体外老化模型的建立与细胞老化表型的初步研究

[目的]构建人椎间盘髓核细胞(nucleus pulposus cells,NPCs)老化模型,探讨老化NPCs中生长因子的表达差异及其与椎间盘退变(intervertebral disc degeneretion,IDD)的关系。[方法]体外单层培养人正常NPCs系(Scien Cell 4800),连续1:2传代培养,诱导建立NPCs复制性老化(replication senescence cells,RS)模型;不同浓度双氧水作用于未老化细胞,模拟椎间盘氧化应激微环境,诱导建立应激诱导过早老化(stress induced premature senescence cells,SIPS)模型。细胞衰老β-半乳糖苷酶(senescence-associatedβ-galactosidase,SA-β-gal)染色检测NPCs阳性表达率。流式细胞仪检测G1期细胞比例及细胞凋亡率。CCK-8检测不同代次细胞增殖活性。应用Agilent表达谱芯片初步筛选出正常与老化NPCs中差异性表达的生长因子,实时荧光定量PCR进一步验证所筛选生长因子的表达差异。[结果]NPCs经连续传代、双氧水诱导可分别构建RS模型及SIPS模型。两种老化模型SA-β-Gal阳性表达的细胞比例均高于70%,G1期细胞比例均高于80%,凋亡率均低于10%。Agilent表达谱芯片筛选出的碱性成纤维生长因子(basic fibroblast growth factor,b FGF)与血管内皮生长因子a(vascular endothelial growth factor a,VEGF-a)在不同老化模型中,表达差异有统计学意义(P<0.05),特别是b FGF在SIPS模型中的表达显著高于RS模型(P<0.05)。两种老化模型中的b FGF表达量显著高于正常组(P<0.05)。[结论]双氧水诱导所引起的氧化应激可促进细胞过早老化。老化NPCs上调b FGF,且SIPS模型中的上调幅度显著高于RS,SIPS可能比RS更加上调b FGF。不同老化诱导条件下,生长因子的表达可能存在差异,b FGF可能参与椎间盘再血管化及自我修复。     

椎间盘源性腰痛髓核成形术

髓核成形术是近些年提出或完善的治疗椎间盘源性腰痛的新型治疗方式.本文着重介绍了椎间盘源性腰痛髓核成形术的产生、手术适应证和禁忌证、技术方法、术后处理、临床疗效及治疗体会.     

非接触共培养人髓核细胞诱导血管内皮细胞凋亡及抑制迁移的研究

[目的]利用人髓核细胞系(NPCs)与人微血管内皮细胞系(HMEC-1),通过非接触共培养探讨人髓核细胞对血管内皮细胞的凋亡诱导并抑制迁移的影响。[方法]利用过氧化氢诱导NPC衰老,进行细胞衰老β-半乳糖苷酶染色。将正常NPC、衰老NPC与HMEC等比例(1:1)通过Transwell培养板进行非接触共培养作为实验组,单纯HMEC培养作为对照组,培养24 h光镜下观察内皮细胞的生长情况,用流式细胞仪检测HMEC凋亡率,ELISA检测细胞培养液中TNF-α、VEGF的量。各组利用不同细胞条件诱导培养基和Transwell小室检测其纵向迁移能力。[结果]利用200μmol/L与400μmol/L过氧化氢处理NPC细胞衰老β-半乳糖苷酶染色阳性比例分别达25%和55%。共培养1d后正常NPC组HMEC凋亡率高于衰老NPC组(P0.05)。对照组细胞凋亡率均低于5%,明显小于实验组(P0.01)。ELISA检测培养液中TNF-α、VEGF,正常NPC组TNF-α高于衰老NPC组(P0.05)。VEGF正常NPC组低于衰老NPC组(P0.05)。趋化实验正常NPC条件培养基迁移膜下细胞数少于衰老NPC组(P0.05),且少于对照组(P0.01)。[结论]在非接触共培养条件下人髓核细胞可以诱导血管内皮细胞凋亡,并且抑制内皮细胞迁移,髓核细胞衰老之后诱导凋亡能力下降,抑制迁移能力减弱,进而证明随年龄增长髓核细胞的衰老引起椎间盘微环境变化可能为椎间盘退变中血管长入的诱发因素之一。     

维生素C对TNF-α及血清剥夺诱导的人髓核细胞凋亡的作用

目的探讨维生素C(Vitamin C,Vit C)在TNF-α及血清剥夺诱导人椎间盘髓核细胞凋亡中的作用及机制。方法取脊柱矫形手术患者的髓核组织,消化法获得正常髓核细胞,取第3代细胞按不同处理因素分为Vit C作用组(A组)、TNF-α诱导组(B组)和血清剥夺组(C组),每组再分为以下亚组:A组分为A1组(基础培养液)、A2组(100μg/m L Vit C)、A3组(200μg/m L Vit C);B组分为B0组(对照组)、B1组(100 ng/m L TNF-α)、B2组(100μg/m L Vit C+100 ng/m L TNF-α)、B3组(200μg/m L Vit C+100 ng/m L TNF-α);C组分为C0组(对照组)、C1组(FBS浓度由8%降低为2%)、C2组(2%FBS+100μg/m L Vit C)、C3组(2%FBS+200μg/m L Vit C)。各组作用24 h后,采用流式细胞术检测各组膜联蛋白V、碘化丙啶双染后髓核细胞凋亡率;实时荧光定量PCR检测p53(基因编码相对分子质量为53×103的蛋白质)、脂肪酸合成酶(fatty acid synthase,FAS)、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3(Caspase3)、Ⅰ型胶原、Ⅱ型胶原、Sox9和糖胺多糖(Aggrecan)m RNA表达。结果 A组:与A1组比较,A2、A3组的Vit C均能降低髓核细胞凋亡及p53、FAS、Caspase 3 m RNA表达(P0.05),但A2、A3组间比较差异无统计学意义(P0.05);A2、A3组的Vit C可促进髓核细胞Ⅰ型胶原、Ⅱ型胶原、Aggrecan、Sox9 m RNA表达,且A3组促进作用显著大于A2组(P0.05)。B组:与B0组比较,B1组TNF-α促进了髓核细胞凋亡,增加了髓核细胞p53、FAS、Caspase 3 m RNA表达(P0.05);与B1组比较,B3组的Vit C能降低髓核细胞凋亡及p53、FAS、Caspase 3 m RNA表达,而B2组的Vit C则增加其凋亡及p53、FAS、Caspase 3 m RNA表达,差异均有统计学意义(P0.05)。C组:与C0组比较,C1组2%FBS能诱导髓核细胞凋亡,但降低了髓核细胞p53、FAS、Caspase 3 m RNA表达(P0.05);与C1组比较,C3组的Vit C能降低髓核细胞凋亡及p53、FAS、Caspase 3 m RNA表达,而C2组的Vit C则增加其凋亡及p53、FAS m RNA表达,差异有统计学意义(P0.05)。结论 Vit C能延缓或降低髓核细胞凋亡、促进细胞外基质合成与分泌,200μg/m L Vit C可延缓或降低100 ng/m L TNF-α和2%FBS诱导的凋亡,而100μg/m L Vit C则促进其诱导的凋亡。     

酸环境对人髓核间充质干细胞生物学活性的影响

目的:观察酸环境对体外培养的成人髓核间充质干细胞(NPMSCs)生物学特征的影响,探讨椎间盘退变的可能机制。方法:用胶原酶消化法从6例脊柱侧凸矫形患者手术摘除的6个腰椎间盘(Pfirrmann椎间盘退变分级为Ⅰ级或Ⅱ级)髓核组织中分离细胞,体外培养,传代并观察细胞形态。取P2代细胞,利用流式细胞仪对分离得到的细胞表型CD34、CD45、CD73、CD90、CD105和人类白细胞抗原(HLA)-DR表达情况进行检测;用成骨、成软骨、成脂培养液诱导培养细胞,2周后分别用茜素红、甲苯胺蓝、油红O对细胞进行染色,观察其成脂、成骨、成软骨能力。按照国际干细胞治疗协会(ISCT)有关间充质干细胞(MSCs)的判定标准,对分离得到的细胞进行综合评估鉴定。在37℃、21%O2、5%CO2的细胞培养箱中用不同p H值(6.2、6.5、6.8、7.1、7.4)的DMEM10%血清培养液培养P2代细胞,1、3、5、7、9、11、13d后利用细胞增殖试剂盒(cell counting kit-8,CCK-8)检测细胞增殖活力(OD值),培养3d时借助流式细胞仪检测细胞凋亡率,不同p H值培养基培养28d时采用实时荧光定量(RT-PCR)检测P2代细胞"干性维持"基因Oct4、Nanog、Jag1、Notch1及酸离子通道家族蛋白基因ASIC1、ASIC2、ASIC3、ASIC4的m RNA表达情况。结果:P0代细胞均贴壁生长。P2代细胞免疫表型鉴定显示MSCs表面分子标记CD90、CD105、CD73表达比例分别高达96%、95%、94%以上,低表达CD45、CD34、HLA-DR(均低于4%)。茜素红染色、油红O染色及甲苯胺蓝染色分别证实分离的细胞均可向骨、脂肪及软骨细胞三系诱导分化。按照ISCT有关MSCs的判定标准,分离得到的细胞即NPMSCs。细胞代谢活性测定示P2代细胞在培养后1、3d各组间细胞OD值差异无统计学意义(P0.05);5d、7d、9d、11d、13d各组间细胞OD值差异有统计学意义(P0.05),且p H值越低细胞的OD值越小。p H值7.4组的细胞凋亡率均小于其余各组,各组间有统计学差异(P0.05)。p H值7.4组"干性维持"基因Oct4、Nanog、Jag1、Notch1及酸离子通道家族蛋白基因ASIC1、ASIC2、ASIC3、ASIC4的m RNA均明显高于p H值7.1、6.8、6.5、6.2组(P0.05)。随着培养液p H值降低,细胞的凋亡率升高,细胞干性维持基因及酸通道家族蛋白基因的m RNA表达降低。结论:低p H值的酸环境培养1、3d对成人NPMSCs增殖无明显影响,培养5d后明显抑制NPMSCs的增殖和基因表达,促进细胞凋亡,且随着p H降低作用越明显。     

Rock信号通路抑制剂对大鼠髓核细胞生物学特性的影响

【摘要】 目的 探讨Rock信号通路抑制剂对大鼠髓核细胞的基质代谢及凋亡等生物学特性的影响。方法〓qPCR和western blot检测TNF-α与Rock通路抑制剂Y-27632对大鼠原代髓核细胞Cox2、MMP3、MMP13的表达调控;MTS细胞增殖试验检测不同浓度Y-27632刺激下对髓核细胞增殖的影响;Annexin/PI法检测Y-27632对髓核细胞凋亡的影响。结果〓予Rock抑制剂Y-27632刺激后,髓核细胞MMP13的表达水平上调(P<0.05),髓核细胞的凋亡率增加(P<0.05),但予Y-27632刺激后髓核细胞的增殖速度无明显差异(P>0.05)。结论〓Rock信号通路可能通过调控髓核细胞MMP13表达水平及其凋亡等生物学特性从而参与了椎间盘的退变。     

血清浓度对人髓核间充质干细胞生物学活性的影响

目的:体外观察、研究不同血清浓度对人正常髓核间充质干细胞(nucleus pulposus mesenchymal stem cells,NPMSCs)生物学活性的影响.方法:选取先天性脊柱侧凸矫形患者手术切除的髓核组织(Pfirrmann分级为Ⅰ级或Ⅱ级),体外分离培养NPMSCs并传代培养.利用流式细胞仪分别对P3...     

髓核细胞来源外泌体对骨髓间充质干细胞向髓核样细胞分化的作用

目的:探讨人髓核细胞(NPCs)外泌体对人骨髓间充质干细胞(BMSCs)向髓核样细胞分化的作用。方法:取腰椎间盘突出症患者手术切除的髓核组织,体外分离培养人NPCs,采用差速离心法提取NPCs的外泌体,利用透射电镜及Western blot对外泌体进行大小形态及标志蛋白的检测,同时用PKH67荧光染料标记外泌体后与BMSCs共孵育0.5h、2h、4h,在激光共聚焦显微镜下观察BMSCs对NPCs外泌体的摄取情况;取人BMSCs经NPCs外泌体诱导3d、7d、10d、14d后应用RT-PCR检测BMSCs中蛋白聚糖(ACAN)、SOX-9、Ⅱ型胶原(COL2A1)、角蛋白19(KRT19)及缺氧诱导因子1α(HIF-1α)的m RNA表达情况。结果:提取的人NPCs外泌体为直径为30~100nm的圆形或椭圆形结构,其表达CD63和Tsg101,不表达Calnexin蛋白。经PKH67标记的NPCs外泌体可以被BMSCs摄取;经NPCs外泌体诱导后7d开始BMSCs中的ACAN、SOX-9、COL2A1、KRT19及HIF-1α基因m RNA表达均显著性高于未经诱导的BMSCs(P0.05)。结论:在体外实验中,人NPCs可以分泌外泌体并被BMSCs所摄取,诱导BMSCs分化为髓核样细胞,可为椎间盘退变的组织工程修复提供更为简单有效的NPCs来源。     

A new technique for the in vitro measurement of nucleus pulposus swelling pressure.

Swelling of the intervertebral disc nucleus pulposus may be a contributing factor in lower back pain syndromes. We have designed and tested a new osmometer for in vitro determination of nucleus pulposus swelling pressure. The functional principle of the osmometer involves compressing a sample of nucleus pulposus with nitrogen gas until saline pressure gradients across a 0.45-micron Millipore filter are eliminated. Swelling pressures of both pooled dog and pooled pig lumbar disc nucleus pulposus were measured on the new osmometer and were compared with swelling pressure determined using the equilibrium dialysis technique. The osmometer measured swelling pressures comparable to those obtained by the dialysis technique. This osmometer provides a rapid, direct, and accurate measurement of swelling pressure of the nucleus pulposus.     

明矾溶液对椎间盘髓核凝固作用的实验研究

[目的] 观察明矾溶液对椎间盘髓核的凝固作用。[方法] 将犬离体椎间盘20个随机分为4组，分别置于2、5％、5％、10％明矾溶液及生理盐水实验溶液中浸泡，另取16个离体椎间盘，将上述4种实验溶液分别注入其中，观察椎间盘髓核的凝固效果及组织学变化，初步筛选合适浓度的明矾溶液；另外从17只犬体中，选择68个活体椎间盘，分成空白对照组、生理盐水注入组、10％明矾溶液一点穿刺组、10％明矾溶液2点穿刺组等4组，于术后3d、2周、1、3个月分别取材，对椎间盘髓核进行大体观察、光镜、扫描电镜观察。[结果] 离体及在体实验中，生理盐水对椎间盘髓核无凝固作用，明矾溶液浸泡可以使离体椎间盘的髓核凝固，且随着明矾溶液的浓度增加，凝固的髓核体积逐渐变小。离体椎间盘内注入明矾溶液后，髓核未产生凝固。在体椎间盘内注入10％明矾溶液后，椎间盘髓核发生凝固，术后1个月达到最强的凝固效果，表现为以穿刺点为中心的凝集反应，2个穿刺点时可出现2个凝固的团块。凝固髓核的间质成分增多，组织化学和扫描电镜检查证实间质中为大量增生的胶原纤维。[结论] 明矾溶液可促使髓核产生以注射点为中心的凝固作用，其可能与明矾溶液刺激髓核继发产生的胶原增多及纤维化有关。     

正常与退变髓核的髓核间充质干细胞代谢活性及干性基因表达的比较

【摘要】 目的：比较来源于正常与退变髓核的髓核间充质干细胞（NPMSCs）的细胞代谢活性及干性基因表达情况。方法：收集6例非退变患者髓核组织（正常组）与6例腰椎间盘突出症患者的退变髓核组织（退变组）,采用酶消化法分离细胞,应用标准间充质干细胞培养基（standard MSC culture medium）进行细胞培养并观察细胞形态。两组内各取1例分离得到的细胞进行流式细胞仪检测间充质干细胞表面蛋白分子标记CD90、CD105、CD73、CD45、CD34及人类白细胞抗原（HLA）-DR表达情况;并进行成骨、成脂及成软骨诱导分化,诱导28d后分别应用茜素红染色鉴定细胞成骨能力、油红O染色鉴定细胞成脂能力、甲苯胺蓝染色鉴定细胞成软骨分化能力,并按照国际干细胞治疗协会（ISCT）提出的间充质干细胞的判定标准,对分离得到的细胞进行综合评估鉴定。采用CCK-8检测两组P2代NPMSCs的代谢活力。提取两组每例P2代细胞总RNA,行RT-PCR检测P2代细胞“干性维持”相关基因Oct4及Nanog表达情况。结果：两组P0代细胞均贴壁生长,形态学方面两组并无明显差异。免疫表型鉴定显示正常组和退变组间充质干细胞表面分子标记CD90、CD105、CD73表达比例分别高达96％、98％、95%以上,两组均低表达造血细胞标志物CD45、CD34、HLA-DR（均低于4%）。茜素红染色、油红O染色及甲苯胺蓝染色分别证实正常组与退变组细胞均可向骨、脂肪及软骨细胞三系诱导分化。上述结果证实分离得到的细胞即NPMSCs。细胞代谢活性测定示P2代细胞在培养后5d、7d、9d、11d、13d正常组细胞活性均强于退变组,两组细胞活性有统计学差异（P<0.05）。正常组“干性维持”相关基因Oct4及Nanog表达量分别为退变组的4.63±1.17、7.36±1.19倍,正常组均明显高于退变组（P<0.05）。结论：正常与退变髓核组织内均存在NPMSCs,但正常椎间盘来源的NPMSCs具有较强的细胞代谢活性,较”强的“干性维持”基因表达。     

TGF-β3修饰退变髓核细胞移植修复兔退变椎间盘的效果观察

目的探讨TGF-β3基因修饰后退变髓核细胞生物学效应以及植入兔退变椎间盘后对退变椎间盘的影响。方法将重组腺病毒载体Ad-TGF-β3与第2代退变髓核细胞按10∶1比例混合培养转染(Ad-TGF-β3组),待细胞融合后传代,MTT检测转染细胞增殖活性,Western blot检测TGF-β3蛋白含量,免疫细胞化学染色观察对数生长期转染细胞Ⅱ型胶原染色阳性率;采用病毒空载体转染髓核细胞(Adv组)和未经转染髓核细胞(空白组)作为对照。取30只新西兰兔,体重3.2～3.5 kg,雌雄不限,通过针刺L3、4、L4、5和L5、6椎间盘制备椎间盘退变模型。将实验动物按照随机数字法分为3组,转染细胞组(A组,n=12)、退变细胞组(B组,n=12)和空白对照组(C组,n=6)。A、B组将100μL浓度为1×105个/mL对应细胞悬液注射入退变椎间盘,C组同法注入等量PBS。注射后6、10、14周取A、B组各4只、C组2只实验动物处死,取L3、4、L4、5和L5、6椎间盘行组织学观察,RT-PCR检测Ⅱ型胶原和蛋白多糖mRNA表达。结果 Ad-TGF-β3转染后髓核细胞活性明显改善;转染后3、7、14 d,TGF-β3在髓核细胞内表达逐渐升高;Ad-TGF-β3组髓核细胞细胞质内见棕黄色Ⅱ型胶原阳性染色,阳性率显著高于Adv组及空白组(P<0.05)。组织学观察示,A组椎间盘退变程度较B、C组明显减轻。6、10、14周A组Ⅱ型胶原和蛋白多糖mRNA表达显著高于B、C组,差异均有统计学意义(P<0.05)。结论 TGF-β3基因修饰退变髓核细胞后可明显改善细胞生物活性,转染后髓核细胞植入兔体内可明显增加退变椎间盘的基质分泌。     

In vitro interaction between muscle-derived stem cells and nucleus pulposus cells

Background contextCurrent therapies for intervertebral disc degeneration (IDD) are aimed at treating the clinical symptoms arising from IDD rather than directly treating the underlying problem. Pathophysiology of IDD is characterized by a progressive decrease in proteoglycan content and cell density in the nucleus pulposus (NP). A cell-based therapy is a promising concept that uses various cell types to repopulate the disc in an attempt to slow, stop, or reverse the progressive loss of proteoglycans. Stem cells appear to be an excellent candidate for this purpose, based on their ability to differentiate into various connective tissue lineages. The muscle tissue could serve as a good source of adult stem cells because of its vast abundance through out the human body.PurposeTo examine the interaction between the nucleus pulposus cells (NPCs) and the muscle-derived stem cells (MDSCs) in vitro.Study designNPCs and MDSCs were cocultured and proteoglycan production and cell proliferation were evaluated.MethodsVarious ratios of human NPCs were cocultured for 2 weeks with murine MDSCs (transduced with retro/LacZ) in a monolayer culture. Each well contained an admixture of cells with NPC-to-MDSC ratios of 0:100, 25:75, 50:50, 75:25, 100:0. Glycosaminoglycan (GAG) content (1,9 dimethylmethylene blue [DMMB]), newly synthesized proteoglycan (³⁵S incorporation), and DNA content were measured, and cultures were stained with 5-bromo-4-chloro-3-indolyl-β-D-galactosidase (X-Gal) for cell counting.ResultsThe NPC-to-MDSC ratio of 75:25 resulted in a significant increase in GAG content compared with NPCs alone. All coculture ratios showed increase in GAG content in comparison with MDSC culture alone. In addition, cocultures showed a significant increase in ³⁵S incorporation normalized to DNA content in comparison with MDSC alone.ConclusionsThe data from this study shows a synergistic effect between MDSCs and NPCs resulting in an upregulated proteoglycan synthesis and NPCs proliferation in vitro.     

氧浓度对人髓核间充质干细胞生物学特性的影响

目的 :分离培养髓核来源的间充质干细胞(MSCs),比较不同氧浓度下细胞的生物学特性,探讨氧浓度对椎间盘退变机制的影响。方法:用胶原酶消化法从手术摘除的4个腰椎间盘(椎间盘Pfirrmann分级为Ⅰ级或Ⅱ级)髓核组织中分离MSCs,体外培养、传代,观察记录细胞形态。取P3代细胞,用流式细胞仪对分离得到的细胞表面抗原CD90、CD73、CD105、CD44和CD31、CD34、CD45的表达情况进行检测;用成骨、成脂、成软骨培养液诱导培养细胞,分别在21d、28d、21d时用茜素红、油红O、甲苯胺蓝对细胞进行染色,观察其成骨、成脂、成软骨能力。在三气培养箱的低氧条件(2%O_2、5%CO_2、37℃)和常规细胞培养箱的常氧条件(20%O_2、5%CO_2、37℃)下分别培养P3代细胞。通过细胞计数统计培养1d、2d、3d、4d、5d、6d、7d、8d时的细胞数量,比较不同氧浓度下细胞的生长曲线;使用Architect c8000自动生化检测仪检测培养1d、2d、3d、4d、5d时培养基的pH值和渗透压。实时荧光定量(q RT-PCR)检测不同氧浓度培养下细胞的干性基因POU家族类别5同位序列1(POU5F1,OCT4)、NANOG同位序列(NANOG)、性别决定区Y盒2(SOX2)及扩增基因细胞周期蛋白D1(Cyclin D1,CCND1)、MYC(c-Myc)、低氧诱导基因低氧诱导因子2α(HIF2α,EPAS1)、能量基因三磷酸腺苷合成酶(ATP5A1)、线粒体相关基因细胞色素c氧化酶Ⅳ亚基1型同工酶(COX4I1)、线粒体转录因子A(TFAM)、线粒体编码细胞色素c氧化酶Ⅰ(MT-CO1)、MT-CO_2的mRNA表达情况。结果:分离培养的细胞呈典型的单层贴壁生长,纺锤样;P3代细胞免疫表型鉴定显示MSCs表面分子标记高表达CD90(80.4%)、CD73(99.9%)、CD105(99.8%)、CD44(95.9%),低表达CD31(5.3%)、CD34(4.4%)、CD45(6.8%);茜素红、油红O染色、甲苯胺蓝染色证实细胞可向骨细胞、脂肪细胞、软骨细胞分化。根据国际干细胞治疗协会(ISCT)有关MSCs的判定标准,分离培养的细胞为髓核MSCs(NPMSCs)。低氧环境下培养的细胞形态更小,更接近原始MSCs,细胞增殖更快,低氧时倍增期为31.22±1.98h,常氧时倍增期为39.56±2.02h,差异有统计学意义(P0.05)。不同氧浓度各时间点培养基的pH值、渗透压差异无统计学意义(P0.05),且皆在适合细胞生存的范围。低氧培养下POU5F1(OCT4)、NANOG、SOX2、CCND1、MYC(c-Myc)、EPAS1、ATP5A1较常氧培养时显著性升高(P0.05);COX4I1、TFAM、MT-CO1、MT-CO_2较常氧培养时显著性降低(P0.05)。结论 :低氧条件下培养有利于人NPMSCs的细胞形态、干性基因、增殖能力等生物学活性的维持。