骨髓间充质干细胞成软骨分化研究进展

骨髓间充质干细胞(mesenchymal stem cells，MSCs)是存在于骨髓基质中的一种多能干细胞，在特定的培养条件下，MSCs可分化成成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞、成纤维细胞等多种间充质细胞。由于它们可以作为滋养层支持造血干细胞的生长，因此也被称为骨髓基质细胞(bone marrow stromal cells，BMSCs)。本文就骨髓MSCs的分离培养及成软骨分化的研究进展作一综述。     

骨髓间充质干细胞软骨分化生物学的影响因素

间充质干细胞(MSCs)因具有在适宜的体内或体外条件下分化形成软骨组织的潜能，且易于从骨髓中分离和体外大量扩增纯化，便于自体移植，故被认为是软骨组织工程最有希望的种子细胞来源之一。然而，MSCs在体外培养条件下软骨表型的分化却是一个受多种因素限制的复杂过程。目前其调控机制仍不是很清楚。已知局部环境是影响MSCs向软骨细胞转化的重要因素，低氧张力、高细胞密度、局部应     

定向诱导间充质干细胞成软骨分化相关活性因子研究进展

关节软骨受损或缺失,是导致关节炎等渐进性疾病的主要原因,严重影响患者生活质量。成熟的透明软骨由于缺乏神经支配和血管供应,且软骨细胞增殖能力差,所以很难自我修复。自体软骨细胞移植尚存在局限性,且操作复杂,阻碍了临床应用。间充质干细胞增殖能力较强,并保留有分化潜力,但向成软骨分化需要一定的条件,如细胞因子、支架材料、培养基等。寻找促进诱导间充质干细胞成软骨分化的活性因子,是目前关节软骨再生的重要研究方向。本文就诱导间充质干细胞向软骨分化的相关活性因子的研究进展进行综述。     

生长分化因子5促进软骨细胞肥大成熟的实验研究

[目的]探讨生长分化因子5(GDF-5)在诱导成人骨髓间充质干细胞(hBMSCs)成软骨分化的同时,促进其肥大成熟的作用.[方法]体外分离培养hBMSCs,取第四代细胞实验.将细胞消化、悬浮,以5×106/ml的细胞密度进行高密度培养,分别用含0.500ng/ml GDF-5的软骨诱导液(CM)诱导培养3、4周.免疫组化、甲苯胺蓝染色检测Ⅱ型胶原、Ⅹ型胶原和蛋白多糖的表达情况.荧光实时定量RT-PCR检测两组微团Ⅱ型胶原、Ⅹ型胶原和蛋白多糖mRNA的表达情况.[结果]实验组微团中的细胞体积较对照组稍大,细胞密度稍低.甲苯胺蓝和免疫组化染色结果显示各组微团均有Ⅱ型胶原、Ⅹ型胶原和蛋白多糖的表达和分泌,且4周实验组的表达最为强烈.荧光实时定量RT-PCR检测示,干预后3周实验组Ⅱ型胶原、蛋白多糖基因表达量明显高于3周对照组(P＜0.05),但Ⅹ型胶原基因表达与对照组相比无显著性差异(P＞0.05);干预后4周实验组Ⅹ型胶原基因表达高于其余各组(P＜0.05),Ⅱ型胶原、蛋白多糖基因表达明显高于两对照组(P＜0.05),但与3周实验组相比较,差异无统计学意义(P＞0.05).[结论]GDF-5在诱导细胞成软骨分化的同时,还可促进其成熟肥大.     

Wnt3a对骨髓间充质干细胞成软骨分化的影响

[目的]探讨Wnt3a基因对骨髓间充质干细胞(BMSCs)成软骨分化的影响。[方法]分离培养大鼠骨髓间充质干细胞(BMSCs),携带Wnt3a及阴性对照基因(Mock)的慢病毒感染骨髓间充质干细胞,构建过表达Wnt3a骨髓间充质干细胞;采用甲苯胺蓝染色及QPCR观察Wnt3a对骨髓间充质干细胞成软骨分化能力的影响;使用MTT法观察Wnt3a对骨髓间充质干细胞增殖能力的影响。[结果]在0~72 h内,实验组MTT法检测吸光值明显大于对照组(P0.05);BMSCs体外成软骨诱导后,实验组细胞团明显小于对照组,且甲苯胺蓝染色较浅;实验组与对照组比较,成软骨指标Col2A1、Aggrecan和SOX9的m RNA表达降低(P0.05)。[结论]Wnt3a可促进骨髓间充质干细胞增殖,但抑制了骨髓间充质干细胞的成软骨分化。     

MicroRNAs在骨髓间充质干细胞成软骨分化中的作用

软骨组织由细胞外基质与分散其间的软骨细胞共同构成，由于缺乏血管?神经和淋巴系统，损伤后自身修复能力差。目前各种促进软骨损伤修复的方法效果都不理想，诱导骨髓间充质干细胞向软骨细胞分化修复软骨损伤已成为当下研究的热点。多种MicroRNA参与并调控骨髓间充质干细胞成软骨分化过程，本文就MicroRNA调控骨髓间充质干细胞成软骨分化及其机制的研究进展做一综述。     

间充质干细胞成软骨分化相关研究进展

软骨细胞移植疗法已成功应用于软骨损伤修复和软骨组织工程研究,但软骨细胞取材有限,因此探索软骨细胞替代物成为研究热点。间充质干细胞具有分化为骨、软骨等组织的潜能,在软骨损伤、骨关节炎修复及软骨组织工程等方面起着重要作用。该文就间充质干细胞成软骨分化相关研究进展作一综述。     

尼古丁对大鼠骨髓间充质干细胞软骨分化的干预作用研究

目的 从细胞水平证实尼古丁对大鼠骨髓间充质干细胞(bone mesenchymal stem cells,BMSCs)诱导分化为软骨细胞的干预作用.方法 大鼠BMSCs传代至第3代,以海藻酸钠微球生物支架进行BMSCs三维培养.加入转化生长因子β1(TGF-β1)进行诱导分化,在细胞分化过程中,分别给予0.1、1、10、100μmol/L尼古丁干预,设对照组.第28天收获细胞,采用四甲基偶氮唑蓝(MTT)法检测细胞代谢活力、阿利新蓝特殊染色检测细胞中氨基葡聚糖的含量、实时荧光定量PCR检测软骨分化标志基因(COL2A1、Aggrecan、COL1A1、COL10A1)的表达情况.结果 诱导培养28 d后,MTT法结果示不同浓度尼古丁干预后的各组细胞代谢活力与对照组细胞相比,没有明显改变;当尼古丁作用浓度分别为0、0.1、1、10和100μmol/L时,其BMSCs海藻酸钠微球的阳性染色区域占切片的百分比分别为90.1％、76.5％、64.8％、44.1％、4.5％;与对照组比较,尼古丁能显著抑制软骨诱导分化下的BMSCs细胞中Aggrecan、COL2A1的表达,同时促进COL1A1、COL10A1的表达(P均<0.05),并且存在浓度依赖性.结论 尼古丁能够明显抑制大鼠BMSCs的软骨分化,导致其软骨分化质量差.     

不同环境刺激对骨髓间充质干细胞成软骨分化作用的研究进展

损伤和骨关节炎常常导致关节软骨的退变.关节软骨缺乏血管和神经,其自身修复能力很有限.软骨细胞被包裹在软骨基质里,不容易迁移到损伤区域参与修复,因此损伤的关节软骨很少能自愈.治疗关节软骨损伤的方法包括关节镜灌洗术、磨削关节成形术、微骨折术、自体细胞移植术等[1-2].尽管这些方法可以减轻病人的疼痛并在一定程度上改善关节功能,但没有能够使关节软骨完全再生,并且远期临床效果也不尽人意[3].     

诱导骨髓间充质干细胞表达软骨细胞表型

目的：诱免骨髓间充质干细胞达软骨细胞表型，方法：抽取兔骨髓，经密度梯度离心和粘附分离得到MSCs，用生长因子诱导，考察细胞软骨骨特异性基质的表达水平，结果：TGF－β1，IGF－I和维生素C结合可促进MSCs表达软骨特异性的Ⅱ型前胶原mRNA，但并未促进成骨特异性的碱生磷酸酶合成和钙盐沉积。结论：TGF－β1，IGF－I和维生素C结合诱导可促进MSCs增殖，表达软骨细胞表型，而不产生诱导成骨效应。     

不同细胞接种密度体外构建“自组装”工程化软骨的实验研究

[目的]探究以人骨髓间充质干细胞(humanbonemarrowmesenchymalstemcells,hMSCs)为种子细胞体外构建“自组装”工程化软骨对应的合理细胞接种密度.[方法]体外分离与培养hMSCs.用含100ng/ml生长分化因子5(growthdifferentiationfactor5,GDF-5)的软骨诱导液(chondrogenicmedium,CM)定向诱导培养第3代hMSCs,诱导3周后重悬细胞,分别以A组2.5×106/ml,B组5×106/ml,C组1x107/ml,D组2×107/ml四种细胞密度接种于2％琼脂糖包被的24孔板,每组设5个复孔.自组装培养3周后,对标本进行大体观察、组织学及免疫组化检测并进行生化分析,比较不同组标本的软骨生物学特性的差异.[结果]“自组装”培养3周后,各组都形成了软骨样组织团块,团块直径与湿重随细胞接种密度而增加.Bem评分结果显示C、D两组明显高于A、B两组(P＜0.05),且C组与D组间差异无统计学意义,Ⅱ型胶原免疫组化染色检测到C组与D组细胞外基质内有较强的阳性信号弥漫分布,蛋白多糖(GAG)含量C、D两组亦明显高于A、B两组(P＜0.05),且C组与D组间差异无统计学意义.[结论]在一定细胞接种密度范围内,“自组装”工程化软骨的生物学特性呈密度依赖性增加.以1×107/ml接种时,可以获得具有良好生物学特性的“自组装”工程化软骨.     

The effect of intracavernosal growth differentiation factor-5 therapy in a rat model of cavernosal nerve injury

OBJECTIVE: To determine whether the intracavernosal application of growth differentiation factor-5 (GDF-5) influences nerve regeneration and erectile function after cavernosal nerve injury in a rat model. MATERIALS AND METHODS: Thirty-two male Sprague-Dawley rats were randomly divided into four equal groups: eight had a sham operation (uninjured controls), while 24 had bilateral cavernosal nerve crush. The crush-injury groups were treated at the time of injury with an impregnated collagen sponge implanted into the right corpus cavernosum. The sponge contained no GDF-5 (injured controls), 2 microg (low concentration), or 20 microg GDF-5 (high concentration). Erectile function was assessed by cavernosal nerve electrostimulation at 8 weeks. Midshaft penile tissue samples were histochemically evaluated for neuronal nitric oxide synthase (nNOS)-containing fibres in the dorsal penile nerve. RESULTS: There was no erectile dysfunction in the uninjured control group, as shown by a mean (sem) maximal increase in intracavernosal pressure (ICP) of 149.5 (17.0) cmH(2)O on stimulation. By comparison, the ICP decreased in the injured control group, by 21.3 (6.7) cmH(2)O. After cavernosal nerve injury, the recovery of erectile function was greatest in the low-concentration GDF-5 group; the maximum ICP increase was 40.8 (13.3) cmH(2)O, vs 24.3 (5.9) cmH(2)O for 20 microg GDF-5. Histologically, the low-concentration group had significantly more nNOS-containing nerve fibres, at 163 (24.7), than the high-concentration group, at 76 (17.3), or injured controls, at 67 (23.8). By contrast, the uninjured controls had a mean of 538 (40.6) nerve fibres in the dorsal nerve. CONCLUSION: Bilateral cavernosal nerve crush resulted in erectile dysfunction with accompanying neurological changes in the rat. The intracavernosal application of GDF-5 enhanced the recovery of erectile function and n-NOS nerve preservation, with a 2-microg dose giving the most promising results.     

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。     

碱性成纤维细胞生长因子对骨髓间充质干细胞扩增及分化潜能的影响

目的 观察碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)对大鼠骨髓间充质干细胞(BMSCs)体外增殖及其分化潜能的影响.方法 体外培养大鼠BMSCs,分别设对照组和bFGF处理组,bFGF作用浓度分别为1、10、100 μg/L.作用72 h后,噻唑蓝(MTT)测吸光度(A)值反映细胞增殖.细胞免疫组织化学测细胞CD44的累积A值;逆转录-聚合酶链反应(RT-PCR)检测细胞CD44的mRNA相对表达量.结果 在1 μg/L bFGF作用下其MTT A值为0.334±0.036较对照组A值0.251 ±0.033明显增高(P＜0.05).在1 μg/L bFGF作用下其细胞免疫组织化学测得CD44的累积A值较对照组明显增高(P＜0.01);其RT-PCR测得CD44的mRNA相对表达量较对照组明显增高(P＜0.01).结论 作用浓度为1 μg/L的bFGF可促进BMSCs的体外扩增并有助于保持BMSCs的分化潜能.     

滚压载荷生物反应器促进兔骨髓间充质干细胞向软骨细胞分化的研究

[目的]观察滚压载荷生物反应器对BMSCs-琼脂糖复合体中BMSCs向软骨细胞诱导分化的作用。[方法]分离新西兰兔BMSCs,培养至第3代后与低熔点琼脂糖复合成凝胶块并在自制的模具中形成直径为4 mm、高4 mm的圆柱形胶块。将样本分为TGF-β1+力学组、TGF-β1组、力学组和对照组。在第7、14、21 d时去各组标本进行实时定量PCR、GAG含量检测以及组织学染色。[结果]TGF-β1+力学组II型胶原基因表达在第7、14、21 d 3个时间点随时间的推移逐渐增强,并在第21 d时显著增强。TGF-β1+力学组蛋白聚糖基因在第21 d时也较对照组显著增强并且高于其他两组。对照组的II型胶原和蛋白聚糖基因在3个时间点均见明显增强。TGF-β1+力学组GAG含量在3个时间点均明显升高(P<0.05)并且均高于其余三组。TGF-β1+力学组标本甲苯胺蓝染色较其余各组明显蓝染,并有软骨陷窝样结构。[结论]滚压载荷生物反应器可以有效促进BMSCs-琼脂糖复合体中BMSCs向软骨细胞诱导分化。在结合TGF-β1后这种促进作用更加明显。     

海藻酸钠-多聚赖氨酸-海藻酸钠微囊对骨髓间充质干细胞生长分化性状的影响

目的探讨运用海藻酸钠-多聚赖氨酸-海藻酸钠(APA)微囊化免疫隔离技术对骨髓间充质干细胞(MSCs)生长分化的影响。方法采用脉冲式高压静电微囊制备仪制备出APA-MSCs微囊复合体,在成囊后第1天和第4天运用荧光素双醋酸酯/溴化乙锭(FDA/EB)染色确定MSCs成活率。采用离心破囊方法破囊,培养并观察破囊后MSCs形态和成骨作用等。结果微囊化后细胞在其内存活率约70%～80%;破囊后的细胞有活跃的增殖能力,经茜素红染色证实具有成骨潜力。结论MSCs在APA微囊内生长良好,保持干细胞特有生长分化,APA微囊可用于对MSCs进行免疫隔离。     

Limitations of using aggrecan and type X collagen as markers of chondrogenesis in mesenchymal stem cell differentiation.

The study was initially designed to differentiate human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (MSC) into chondrocyte-like cells, for use in tissue engineering. We cultured MSCs in defined chondrogenic medium as pellet cultures supplemented with transforming growth factor (TGF)-beta1 or -beta3 and dexamethazone, as they are commonly used to promote in vitro chondrogenesis. Markers of chondrogenesis used were type II collagen and aggrecan, with type X collagen being used as a marker of late-stage chondrocyte hypertrophy (associated with endochondral ossification). Our results show that aggrecan is constitutively expressed by MSCs and that type X collagen is expressed as an early event. Furthermore, we found that type X collagen was expressed before type II collagen in some cases. This is surprising because it is understood that stem cells have to be differentiated into chondrocytes before they can become hypertrophic. Thus, caution must be exercised when using aggrecan and type X collagen as markers for chondrogenesis and chondrocyte hypertrophy, respectively, in association with stem cell differentiation from this source.     

体外诱导骨髓间充质干细胞向肝细胞分化的实验研究

目的：探讨HGF和EGF对骨髓间充质干细胞向肝细胞方向的诱导分化作用，探索出合适的诱导条件，为肝细胞移植、生物人工肝、组织工程构建等提供基础。方法：骨髓来自杂种犬的髂骨，采用全血贴壁法分离培养骨髓间充质干细胞，流式细胞仪检测细胞CD标记；用含HGF和EGF的α—MEM培养液进行诱导培养，并于诱导后7、14、21d留取细胞；用免疫组化检测AFP、CK18，免疫荧光检测ALB，PAS反应检测糖原；流式细胞仪检测细胞分化率。结果：分离的骨髓间充质干细胞表面CD13、CD34和CD45皆为阴性，CD29为阳性。诱导至7d出现AFP表达．14d表达增高，21d时表达下降。CK18、ALB和糖原14d时出现表达，并随时间延长表达逐渐增加：21d时ALB表达阳性率可达50％以上。结论：HGF和EGF有诱导骨髓间充质干细胞向肝细胞分化的作用。     

Insulin‐like growth factor‐I improves chondrogenesis of predifferentiated human umbilical cord mesenchymal stromal cells

Human umbilical cord mesenchymal stromal cells (hUCMSCs) are an attractive cell source for tissue engineering with numerous advantages over other adult stem cell sources, such as great expansion ability in vitro and extensive availability. The objective of this 6‐week study was to test the hypothesis that switching from chondrogenic transforming growth factor‐beta3 (TGF‐β3) to anabolic insulin‐like growth factor‐I (IGF‐I) at the 3‐week time point would produce more cartilage‐like matrix than TGF‐β3 alone. hUCMSCs were seeded into polyglycolic acid (PGA) scaffolds and then cultured in chondrogenic medium containing TGF‐β3 for 3 weeks. The TGF‐β3‐treated hUCMSCs were then exposed for 3 more weeks to one of four different conditions: (1) continued in chondrogenic medium, (2) control medium (no TGF‐β3), (3) control medium with 10 ng/ml IGF‐I, or (4) control medium with 100 ng/ml IGF‐I. Compared to continuing with TGF‐β3, switching to IGF‐I increased collagen production, and furthermore increased both collagen type II gene expression and immunostaining. In conclusion, the shift from TGF‐β3 to IGF‐I at week 3 resulted in a significant increase of cartilage‐like extracellular matrix, confirming our hypothesis. © 2009 Orthopaedic Research Society. Published by Wiley Periodicals, Inc. J Orthop Res 27: 1109–1115, 2009