利用脱细胞血管基质体外构建小口径组织工程血管

目的 探讨利用犬的间充质干细胞诱导分化种子细胞,以异种脱细胞血管基质为基础体外构建小口径血管移植物.方法 采用密度梯度离心和贴壁培养的方法从犬骨髓中分离出间充质干细胞并体外培养,诱导分化成内皮样细胞和平滑肌样细胞;采用非离子型去垢剂和胰蛋白酶去除猪颈动脉血管壁结构细胞,对脱细胞基质进行组织学、力学检测及孔隙率评估.在生物反应器内采用旋转种植的方法将犬骨髓间充质干细胞诱导的内皮样细胞种植到脱细胞基质上,体外构建小口径组织工程血管.结果 犬的骨髓间充质干细胞体外能够定向诱导分化为平滑肌样细胞和内皮样细胞,可以作为血管组织工程的种子细胞.经过脱细胞处理后,光镜和电镜观察证实血管壁的细胞成分完全去除.具有良好的孔径和孔隙率.支架在生物力学、孔隙率等方面符合构建组织工程血管支架的要求.在生物反应器内剪切力条件下可以初步构建出组织工程血管.结论 小口径血管移植物可以将间充质干细胞诱导种子细胞,以异种脱细胞血管支架作为基质,在搏动性生物反应器内培养的方法进行构建.     

生物反应器构建组织工程化血管的初步研究

目的探讨生物反应器内构建具有一定力学强度的组织工程化血管的可行性.方法从6月龄毕格犬的颈总动脉、颈外静脉分别获取平滑肌细胞和内皮细胞,体外培养扩增后,将平滑肌细胞接种于聚羟基乙酸(PGA)上形成细胞-材料复合物,置于生物反应器内(搏动频率75次/min;扩张量＜5%)培养3周,接种内皮细胞继续培养1周后取新生血管,进行大体观察、组织学和免疫组化检测.结果生物反应器内培养的组织工程化血管大体观察具有良好的弹性,管腔圆;平滑肌纤维成分排列规则且有层次感;免疫组化染色显示,平滑肌细胞呈棕黄色层状排列,内皮细胞于血管内侧呈单层排列.结论应用生物反应器可构建具有良好弹性的组织工程化血管.     

利用成体干细胞体外小口径血管的构建

设计了一套血管生物反应器系统,采用有限元的方法对组织工程小血管托架材料进行了分析,从而开发完成了一套用于构建直径为2 mm的小血管托架;通过收集人的原代骨髓基质干细胞（hBMSCs）和脂肪基质干细胞（ADSCs）进行体外扩增和培养,并选用第3代细胞与聚羟基乙酸酯（PGA）复合后置于血管生物反应器中动态培养;在生物反应器中动态培养4周后,对材料复合物进行取材,分别进行大体观察、HE染色和扫描电镜等指标检测。结果表明：血管色泽明亮,有一定的弹性,细胞分泌的胶原基质排列较规则,免疫组化结果表明血管含有平滑肌弹性肌动蛋白的成分。说明改进的血管生物反应器能模拟血管的力学环境,并能利用人骨髓间充质干细胞和脂肪基质干细胞成功构建组织工程小血管组织。     

生物反应器构建组织工程化血管的初步研究

目的探讨生物反应器内构建具有一定力学强度的组织工程化血管的可行性。方法从6月龄毕格犬的颈总动脉、颈外静脉分别获取平滑肌细胞和内皮细胞,体外培养扩增后,将平滑肌细胞接种于聚羟基乙酸（PGA）上形成细胞-材料复合物,置于生物反应器内（搏动频率75次／min;扩张量〈5％）培养3周,接种内皮细胞继续培养1周后取新生血管,进行大体观察、组织学和免疫组化检测。结果生物反应器内培养的组织工程化血管大体观察具有良好的弹性,管腔圆;平滑肌纤维成分排列规则且有层次感;免疫组化染色显示,平滑肌细胞呈棕黄色层状排列,内皮细胞于血管内侧呈单层排列。结论应用生物反应器可构建具有良好弹性的组织工程化血管。     

胚胎干细胞构建小口径组织工程血管的研究

目的通过小鼠胚胎干细胞定向分化出的内皮细胞和平滑肌细胞构建组织工程小口径血管。方法将小鼠胚胎干细胞诱导分化出的内皮细胞和平滑肌细胞分别种植于管状聚乳酸-羟基乙酸（polylactic glycolic acid，PLGA）管腔内面，构建出小口径组织工程血管，再将其移植入裸鼠皮下，每隔1周取1次包埋的小口径组织工程血管，共取3次；再行HE染色，免疫组化行内皮细胞、平滑肌细胞鉴定，并且在倒置相差显微镜下观察其形态。结果倒置相差显微镜下观察结果显示小鼠胚胎干细胞诱导分化出的平滑肌细胞呈长梭形，而内皮细胞呈“鹅卵石”样；HE染色显示平滑肌、内皮细胞在PLGA表面上延伸生长；动物体内移植实验结果显示，管状PLGA皮下小口径组织工程血管移植后逐渐降解、直至变薄中断，免疫组织化学和HE染色显示管腔内的血管平滑肌样细胞和内皮样细胞在PLGA上呈片状融合生长，并见大量的细胞外基质。结论胚胎干细胞诱导的平滑肌和内皮细胞与PLGA有良好亲和性，可以用胚胎干细胞与PLGA制作小口径组织工程血管。     

小鼠胚胎干细胞定向诱导分化为软骨样细胞的初步研究

目的全反式维生素A酸(RA)联合转化生长因子-β1(TGF-β1)及骨形态发生蛋白-2(BMP2)等多种因子定向诱导小鼠胚胎干细胞(ESC)分化,探索这几种细胞因子对ESC的成软骨定向诱导分化作用.方法小鼠ESC在小鼠胚胎成纤维细胞(MEF)饲养层上培养扩增,在1 ×10.mol/L全反式RA条件下制备拟胚体(EB),贴壁后联合应用TGF-β1及BMP2诱导分化,经形态学、免疫细胞化学和RT-PCR检测细胞性质.结果 ESC在悬浮培养下,经RA初步诱导后给予TGF-β1及BMP2等因子继续诱导,贴壁后EB周边可爬出多角形分化细胞,诱导分化细胞和EB表达Ⅱ型胶原和软骨发生早期特异性转录因子Scleraxis.结论在RA预诱导EB分化后,TGF-β1和BMP2等因子可定向诱导小鼠ESC表达软骨特异性相关基因和蛋白,为胚胎干细胞成为软骨组织工程种子细胞提供了可能.     

小鼠胚胎干细胞定向诱导分化为软骨样细胞的初步研究

目的 全反式维生素A酸(RA)联合转化生长因子-β1(TGF-β1)及骨形态发生蛋白-2(BMP2)等多种因子定向诱导小鼠胚胎干细胞(ESC)分化,探索这几种细胞因子对ESC的成软骨定向诱导分化作用。方法 小鼠ESC在小鼠胚胎成纤维细胞(MEF)饲养层上培养扩增,在1×109mol/L全反式RA条件下制备拟胚体(EB),贴壁后联合应用TGF-β1及BMP2诱导分化,经形态学、免疫细胞化学和RT-PCR检测细胞性质。结果 ESC在悬浮培养下,经RA初步诱导后给予TGF-β1及BMP2等因子继续诱导,贴壁后EB周边可爬出多角形分化细胞,诱导分化细胞和EB表达Ⅱ型胶原和软骨发生早期特异性转录因子Scleraxis。结论 在RA预诱导EB分化后,TGF-β1和BMP2等因子可定向诱导小鼠ESC表达软骨特异性相关基因和蛋白,为胚胎干细胞成为软骨组织工程种子细胞提供了可能。     

TGF-β1介导人乳牙牙髓干细胞分化为血管平滑肌细胞的研究

目的 血管化的主要方案是先生成血管组成细胞(血管内皮细胞和血管周细胞),然后将这些细胞构建成血管结构.由于受体自身内皮细胞和血管平滑肌细胞的稀缺性和异质性,限制了其在血管组织工程学中的广泛运用.因此,本研究对于人乳牙牙髓干细胞(SHED)是否能够诱导分化成为功能性血管平滑肌细胞(vSMCs)进行了相关方面的研究.方法 利用转化生长因子(TGF)-β1作为刺激因子,诱导SHED分化为vSMCs.完成诱导后,通过RT-PCR、流式细胞术分析、Western blot和免疫荧光技术检测基因和特异性蛋白表达情况.此外,借助Matrigel血管生成功能实验来验证SHED来源的vSMCs是否能行使平滑肌细胞的功能.结果 通过分析平滑肌细胞特定标志物(如a-SMA、SM22a、 Calponin和SM-MHC)的表达,证实了 TGF-β1可以诱导 SHED分化为vSMCs,且流式细胞术证实分化的效率处于较高的水平,其标志物表达比例高达α-SMA 86. 1％,SM22α 93. 9％, Calponin 56. 8％,SM-MHC 88. 2％.体外 Matrigel 血管生成功能实验表明,由SHED诱导分化的vSMCs在稳定由人脐静脉血管内皮细胞所形成的血管结构中发挥着与原代 vSMCs相似的作用.结论 在血管组织工程中,SHED可以成功地诱导为vSMCs,能够成为血管组织工程中一种有前景的种子细胞.     

Brdu标记VECs和ADSCs构建组织工程骨体内增殖研究

目的研究联合培养的血管内皮细胞(vascular endothelial cells,VECs)和脂肪干细胞(adipose-derived stromal cells,ADSCs)构建组织工程骨,在体内增殖和分化情况.方法 (1)用猪椎骨制备部分脱蛋白骨,纤维粘连蛋白修饰制成部分脱蛋白生物骨,电镜扫描生物骨表面情况;(2)选用大鼠脐血单个核细胞诱导分化的血管内皮细胞和大鼠脂肪干细胞,体外1:1浓度联合培养;(3)分别用Brdu标记的血管内皮细胞、脂肪干细胞和联合培养细胞体外复合部分脱蛋白生物骨,体外培养6 d后植于SD大鼠两侧股部肌袋处;2周、4周、8周、12周取材,硬组织切片中Brdu抗体免疫荧光染色,观察植入的种子细胞在机体内的增殖分化情况.结果 (1)猪椎骨制备部分脱蛋白骨孔隙分布均匀,由大量的羟基磷灰石纤维编织而成;部分脱蛋白生物骨表面可见大量颗粒状蛋白结晶;(2)Brdu免疫荧光染色各组植入种子细胞开始呈分散状分布,细胞逐渐增殖呈巢状,血管内皮细胞组和联合培养细胞组植入内皮细胞增殖形成大量新生血管;未标记Brdu空白组未见阳性细胞出现.结论组织工程骨植入种子细胞在体内能大量增殖,参与新组织和新生血管的形成.     

TGF-β1、IGF-Ⅰ和地塞米松诱导BMSCs体外构建组织工程化软骨

目的探讨体外联合应用TGF-β1、IGF-Ⅰ及地塞米松诱导骨髓基质干细胞(BMSCs)体外构建组织工程化软骨的可行性.方法抽取8周龄猪股骨骨髓,应用贴壁法分选单个核细胞,体外培养扩增后获得BMSCs,收集第2代细胞,以5 × 107/cm3的密度接种到聚羟基乙酸(PGA)制成的圆柱形三维支架材料上,7 d后联合应用TGF-β1、IGF-Ⅰ及地塞米松进行诱导和体外培养,未诱导组作为平行对照.4周和8周分别取材进行大体观察、组织学、组织化学及免疫组织化学检测.结果体外诱导培养4周后,形成的细胞材料复合物表面光滑,质地柔韧,保持原大小形状;组织学显示有较为明显软骨陷窝,并分布有Ⅱ型胶原及聚合蛋白多糖(GAG);8周时外观灰白色,较坚硬,软骨陷窝更为明显,并连接成片,Ⅱ型胶原染色呈强阳性,有更多甲苯胺蓝异染的软骨特异性基质成分.对照组细胞材料复合物逐渐收缩,8周时直径仅约2 mm大小,组织学检测无软骨陷窝结构,Ⅱ型胶原免疫组化结果阴性.结论 TGF-β1、IGF-Ⅰ及地塞米松可以体外诱导BMSCs在三维支架上形成组织工程化软骨.     

Role of TGF-β1 Signaling in Heart Valve Calcification Induced by Abnormal Mechanical Stimulation in a Tissue Engineering Model

A tissue engineering model of heart valve calcification induced in a bioreactor was established to evaluate the calcification induced by abnormal mechanical stimulation and explore the underlying molecular mechanisms. Polyethylene glycol (PEG)-modified decellularized porcine aortic leaflets seeded with human valve interstitial cells (huVICs) were mounted on a Ti-Ni alloy frame to fabricate two-leaflet and threeleaflet tissue engineered valves. The two-leaflet model valves were exposed to abnormal pulsatile flow stimulation with null (group A), low (1000 mL/min, group B), medium (2000 mL/min, group C), and high velocity (3000 mL/min, group D) for 14 days. Morphology and calcification were assessed by von Kossa staining, alkaline phosphatase (ALP) content, and Runx2 immunostaining. Leaflet calcification and mRNA and protein expression of transforming growth factor (TGF)-β1, bone morphogenetic protein 2 (BMP2), Smad1, and MSX2 were measured at different time points. ALP content was examined in two-leaflet valves seeded with BMP2 shRNA plasmid-infected huVICs and exposed to the same stimulation conditions. The results showed that during 14 days of flow stimulation, huVICs on the leaflet surface proliferated to generate normal monolayer coverage in groups A, B, and C. Under mechanical stimulation, huVICs showed a parallel growth pattern in the direction of the fluid flow, but huVICs exhibited disordered growth in the high-velocity flow environment. von Kossa staining, ALP measurement, and immunohistochemical staining for Runx2 confirmed the lack of obvious calcification in group A and significant calcification in group D. Expression levels of TGF-β1, BMP2, and MSX2 mRNA and protein were increased under fluid stimulation. ALP production by BMP2 shRNA plasmid-infected huVICs on model leaflets was significantly reduced. In conclusion, abnormal mechanical stimulation in a bioreactor induced calcification in the tissue engineering valve model. The extent of calcification correlated positively with the flow velocity, as did the mRNA and protein levels of TGF-β1, BMP2, and MSX2. These findings indicate that TGF-β1/BMP2 signaling is involved in valve calcification induced by abnormal mechanical stimulation.     

转化生长因子β1基因促进人平滑肌细胞与内皮细胞黏附

目的探讨TGF-β1基因作用于平滑肌细胞从而促进内皮细胞黏附的作用。方法用单价阳离子脂质体转染试剂DOTAP转染pMAMneo TGF-β1于原代培养的平滑肌细胞,经G418筛选。检测转染pMAMneo TGF-β1和转染pMAMneo的平滑肌细胞黏附内皮细胞的情况。结果经G418筛选,转染pMAMneo TGF-β1组转化生长因子TGF-β1基因在平滑肌细胞得到有效表达,内皮黏附实验表明转染pMAMneo TGF-β1组平滑肌细胞表面有大量内皮细胞黏附[(32±2)/高倍视野],而对照组平滑肌细胞仅有少量内皮细胞黏附[(11±1)/高倍视野],其与转染pMAMneo组相比,差异显著(P<0.01)。结论 TGF-β1基因能有效作用于血管平滑肌细胞从而促进内皮细胞黏附,在血管再生中具有重要作用。     

偏光显微镜在组织工程血管构建中的应用

目的利用偏光显微镜对组织工程构建血管壁中的胶原成分进行定性分析。方法体外培养、扩增的人脐带动脉平滑肌细胞,将其与可降解生物材料聚乙醇酸(PGA)制成的管状结构结合(实验组),体外培养1周后植入裸鼠背部皮下。于植入后2、4、5、11周时分别取材,普通光镜(HE和Masson染色)及偏光显微镜下观察组织学形态,并比较结果。以无细胞单纯管状PGA-DMEM植入裸鼠背部皮下作为对照。结果偏光显微镜下,随着植入时间的延长,实验组的PGA-平滑肌细胞复合结构从以PGA为主向以胶原和平滑肌细胞为主要成分过渡;对照组则随着PGA的降解无胶原成分形成。偏光显微镜检测结果与光镜下的组织形态学检查结果相同。结论偏光显微镜可用于组织工程血管壁中胶原成分的检测,方法简便且结果可靠。     

人脂肪基质细胞在骨组织工程学中的应用

口腔颌面部及全身骨组织缺损是临床医生经常要面对的困境。造成骨缺损的原因有很多,包括先天发育异常、炎症、肿瘤、外伤等,然而治疗骨缺损的方法却十分有限,以往主要应用自体骨移植或人工骨替代材料,但是,自体骨移植取材受限并且会增加手术创伤,人工材料生物相容性差并且成骨能力有限,因此,骨组织工程技术有望在今后成为主要的骨     

不同方法诱导的兔骨髓间质干细胞对关节软骨缺损修复效果及退化的影响

目的：以兔骨髓间质干细胞为种子细胞, 探讨不同诱导方法对组织工程移植物修复关节软骨缺损的效果及退化的影响。方法：将兔骨髓间质干细胞分为地塞米松诱导组和TGF-β₁加地塞米松联合诱导组进行体外诱导,采用自体组织工程移植物修复关节软骨缺损;对照组缺损填充无细胞单纯载体。于术后6和12周对修复组织进行组织学观察、评分及TUNEL原 位凋亡检测。结果：联合诱导组,修复组织形成理想的柱状结构,术后12周组织学评分(20.26±1.35)优于对照组(4.12±1.13)及地塞米松组(14.521.46),但修复组织未形成潮线。在骨软骨交界处软骨细胞TUNEL染色阳性,地塞米松组术后6周修复组织TUNEL染色阳性细胞记数为21.4±4.5,术后12周为7.3±2.2;联合诱导组术后6周为19.8±4.7,术后12 周为6.9±2.0,术后12周与术后6周比较差异有显著性(P<0.05)。结论：组织工程移植物的修复效果 以联合诱导组为佳,且退化发生较晚;组织工程移植物的退化与移植前诱导条件、细胞凋亡及软骨下骨板内血管系统有关。     

组织工程骨复合骨形态发生蛋白修复兔颅骨缺损

目的 探讨组织工程化骨修复兔颅骨缺损的实用价值及合理应用BMP的方法。方法 将自体成骨样细胞即刻种植在复合BMP的胶原包埋的聚羟基乙酸（PGA）的基质材料和不含BMP的基质材料上，然后将不同的复合体或单纯基质材料移植到兔颅骨的一侧全层骨缺损区，作为实验侧Ⅰ、实验侧Ⅱ或实验侧Ⅲ。对侧设对照，不作任何植入。将60只新西兰兔分别于术后2，6，8及12wk处死，标本行大体组织学检查，X线摄片及灰量测定检查。结果 表明实验侧Ⅰ成骨量明显大于实验侧Ⅱ或实验侧Ⅲ（P＜0．01），而对照侧仅为纤维组织修复。结论 组织工程骨可修复自体的兔颅骨缺损，应用外源性BMP可促进骨再生，为组织工程化骨在颅面外科及整形外科领域的临床应用奠定了基础。     

Bone morphogenetic protein 2 promotes transforming growth factor β3-induced chondrogenesis of human osteoarthritic synovium-derived stem cells

Background Synovium-derived stem cells （SDSCs） with higher chondrogenic potential are attracting considerable attention as a cell source for cartilage regeneration. We investigated the effect of bone morphogenetic protein 2 （BMP-2） on transforming growth factor beta3 （TGF-β3）-induced chondrogenesis of SDSCs isolated from human osteoarthritic synovium in a pellet culture system. Methods The clonogenicity, stem cell marker expression and multi-differentiation potential of isolated SDSCs were determined by colony forming unit assay, flow cytometry and specific staining including alizarin red S, Oil red O and alcian blue staining, respectively. SDSCs pellet was cultured in chondrogenic medium with or without TGF-β3 or/and BMP-2. At day 21, the diameter and the weight of the pellets were measured. Chondrogenic differentiation of SDSCs was evaluated by Safranin O staining, immunohistochemical staining of collagen type Ⅱ, sulfated glycosaminoglycan （sGAG） synthesis and mRNA expression of collagen type Ⅱ, aggrecan, SOX9, link-protein, collagen type X and BMP receptor Ⅱ. Results Cells isolated under the optimized culturing density （104/60 cm2） showed clonogenicity and multi-differentiation potential. These cells were positive （〉99%） for CD44, CD90, CD105 and negative （〈10%） for CD34 and CD71. SDSCs differentiated to a chondrocytic phenotype in chondrogenic medium containing TGF-β3 with or without BMP-2. Safranin O staining of the extracellular matrix was positive and the expression of collagen type Ⅱ was detected. Cell pellets treated with TGF-β3 and BMP-2 were larger in diameter and weight, produced more sGAGs, and expressed higher levels of collagen type Ⅱ and other chondrogenic markers, except COL10A1, than medium with TGF-β3 alone. Conclusions SDSCs could be isolated from human osteoarthritic synovium. Supplementation with BMP-2 significantly promoted the in vitro TGF-β3-induced chondrogenic differentiation of SDSCs.     

小径聚氨酯人工血管内皮化种子细胞的体外诱导分化及种植

[目的]探讨体外诱导骨髓单个核细胞分化成为内皮祖细胞,为小径聚氨酯人工血管内皮化提供合适的种子细胞的可行性.[方法]收集健康成人骨髓单个核细胞,置于纤维连接蛋白预衬的DMEM培养基中,用血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)和碱性成纤维细胞生长因子(basicfibroblast growth factor,bFGF)加以诱导,通过荧光显微镜和免疫组化分析等方法观察和鉴定诱导后的细胞.将诱导分化的内皮祖细胞种植到聚氨酯小径人工血管表面,用扫描电镜观察.[结果]在VEGF、bFGF等诱导因子存在的条件下,骨髓单个核细胞分化成为内皮祖细胞,倒置荧光显微镜下呈典形的"纺锤样"梭形细胞,单层细胞贴壁生长融合时呈铺路石样排列,免疫组化示VWF和CD34抗体染色阳性.扫描电镜下,未种植细胞的聚氨酯小径人工血管表面呈典型的多孔蜂窝状结构,孔径大小比较适合内皮祖细胞爬行.种植细胞后,聚氨酯小径人工血管表面有大量的内皮祖细胞黏附、爬行及铺展生长,有时可见内皮祖细胞长入蜂窝状孔径内.[结论]体外诱导骨髓单个核细胞分化为内皮祖细胞可作为小径聚氨酯人工血管内皮化的种子细胞.