人主动脉-性腺-中肾区基质细胞诱导胚胎干细胞分化为造血干细胞及体内造血重建

背景:研究证实多种造血生长因子、基质细胞饲养层及其条件培养液可促进胚胎干细胞向造血干细胞分化.目的:以人主动脉-性腺-中肾(aorta-gonad-mesonephros,AGM)区基质细胞为饲养层体外诱导小鼠胚胎干细胞分化为造血干细胞,并比较不同移植途径对造血干细胞体内造血重建能力的影响.方法:将小鼠E14 胚胎干细胞诱导为拟胚体,采用Transwell非接触共培养体系在人AGM区基质细胞饲养层上诱导6 d,接种NOD-SCID小鼠检测体内致瘤性.再将诱导后的拟胚体细胞移植经致死量60Co γ射线辐照的BALB/C雌鼠,受鼠随机分为静脉移植组、骨髓腔移植组、照射对照组及正常对照组.结果与结论:拟胚体细胞经人AGM区基质细胞诱导后Sca-1+c-Kit+细胞占(13.12±1.30)%.NOD-SCID小鼠皮下接种经人AGM区基质细胞诱导的拟胚体细胞可出现畸胎瘤,经骨髓腔接种未见肿瘤形成.静脉移植组动物全部死亡,骨髓腔移植组生存率为55.6%,移植后21 d外周血象基本恢复,存活受鼠检测到供体来源Sry基因.提示小鼠胚胎干细胞经人AGM区基质细胞诱导分化的造血干细胞通过骨髓腔移植安全并具有一定的造血重建能力.     

按造血发育程序诱导小鼠胚胎干细胞为造血干细胞重建体内造血的实验研究

为研究小鼠胚胎干细胞(ESC)定向诱导分化为造血干细胞(HSC)在体内重建造血的功能,将小鼠E14ESC诱导为拟胚体(EB),EB细胞利用Transwell非接触共培养体系在人主动脉-性腺-中肾(AGM)区、胎肝(FL)及骨髓(BM)基质细胞饲养层上依次诱导,收获各阶段EB细胞,以流式细胞仪检测Sca-1+c-Kit+细胞含量,并接种于NOD-SCID小鼠以检测体内致瘤性。再将不同诱导阶段的EB来源细胞移植到经致死量60Coγ射线照射的BALB/c雌鼠,将受鼠随机分为5组:①AGM组,②AGM+FL组,③AGM+FL+BM组,④照射对照组,⑤正常对照组。观察各组生存率、造血重建和植入状况。结果显示:EB细胞经人AGM区和FL基质细胞共培养后Sca-1+c-Kit+细胞达到峰值(21.96±2.54)%;NOD-SCID小鼠在接种经人AGM区基质细胞诱导的EB细胞后可出现畸胎瘤,而接种经人AGM区+FL基质细胞诱导EB细胞后未见肿瘤形成;AGM组及照射对照组动物全部死亡,而AGM+FL组及AGM+FL+BM组生存率分别为77.8%、66.7%,移植后21天外周血象基本恢复,在存活受鼠检测到供体来源Sry基因。结论:按胚胎造血发育程序,体外经人AGM区、FL及BM基质细胞连续诱导小鼠ESC分化的HSC可安全、有效地重建体内造血。     

含人AGM区基质细胞对小鼠胚胎干细胞诱导体外分化为造血干/祖细胞的作用

为探讨人主动脉-性腺-中肾(AGM)区基质细胞对小鼠胚胎千细胞(embryonic stem cells,ESC)体外诱导分化为造血干细胞(HSC)的影响及其作用机制,将小鼠E14 ESC诱导为拟胚体(EB),收获的EB细胞以Tran-swell非接触共培养体系分别在人AGM区、胎肝(FL)或骨髓(BM)基质细胞饲养层上进一步诱导分化,分为EB对照、AGM诱导、FL诱导、BM诱导、AGM + FL诱导和AGM + BM诱导共6组.分别收获各组EB来源细胞,以流式细胞仪检测Sca-1+ c-Kit+细胞含量,并进行各系造血细胞集落形成单位(CFU)分析.结果显示:经不同基质细胞饲养层诱导后EB来源细胞中Sca-1+ c-Kit+细胞比例均较诱导前明显升高(p<0.01),AGM+FL诱导组为(21.96±2.54)%,显著优于其它诱导组(p<0.01),AGM+BM诱导组阳性细胞比例亦较单纯BM诱导组明显增加(p<0.O1);EB对照组造血集落产率明显低于其它诱导组,AGM+FL、AGM+BM诱导组集落产率较高,尤以AGM+FL诱导组最佳(p<0.01).结论:人AGM区基质细胞有助于维持一定的原始HSC数目及高增殖潜能,在AGM区基质细胞诱导基础上可明显提高FL或BM基质细胞对ESC源性原始HSC的进一步扩增作用.     

含人AGM区、胎肝及骨髓基质细胞培养体系程序化诱导小鼠胚胎干细胞向造血干细胞的分化

背景：前期已分别制备人主动脉-性腺-中肾区基质细胞系及胎肝基质细胞系,发现前者可促进小鼠胚胎干细胞定向分化为造血干细胞。目的：模拟胚胎发育过程中永久造血发育的时空顺序,探讨人主动脉-性腺-中肾（AGM）区、胎肝（FL）及骨髓（BM）基质细胞对小鼠胚胎干细胞体外诱导分化为造血干细胞的支持作用,以寻求更佳的诱导条件。方法：将小鼠E14胚胎干细胞诱导为拟胚体（EB）,并利用Transwell非接触共培养体系依次在人主动脉-性腺-中肾区、胎肝及骨髓基质细胞饲养层上进一步诱导分化,按不同诱导阶段分为拟胚体对照、EB/AGM、EB/AGM＋FL和EB/AGM＋FL＋BM共4组。共培养6d后分别收获各组拟胚体来源细胞,以流式细胞仪检测Sca-1＋c-Kit＋细胞含量,进行各系造血细胞集落形成单位分析并观察细胞形态。结果与结论：①EB/AGM＋FL组和EB/AGM＋FL＋BM组收获细胞涂片均发现原始造血细胞。②拟胚体来源细胞经AGM区基质细胞诱导后Sca-1＋c-Kit＋细胞明显升高（P〈0.05）。③拟胚体对照组造血细胞集落形成单位低于其他各组（P〈0.05）,而EB/AGM＋FL、EB/AGM＋FL＋BM组造血细胞集落形成单位计数亦较EB/AGM组明显增高。提示AGM＋FL和AGM＋FL＋骨髓基质细胞微环境对原始造血干细胞的扩增效应均明显高于单纯主动脉-性腺-中肾饲养层。     

含人AGM区、胎肝及骨髓基质细胞培养体系程序化诱导小鼠胚胎干细胞向造血干细胞的分化

背景:前期已分别制备人主动脉-性腺-中肾区基质细胞系及胎肝基质细胞系,发现前者可促进小鼠胚胎干细胞定向分化为造血干细胞.目的:模拟胚胎发育过程中永久造血发育的时空顺序,探讨人主动脉-性腺-中肾(AGM)区、胎肝(FL)及骨髓(BM)基质细胞对小鼠胚胎干细胞体外诱导分化为造血干细胞的支持作用,以寻求更佳的诱导条件.方法:将小鼠E14 胚胎干细胞诱导为拟胚体(EB),并利用Transwell 非接触共培养体系依次在人主动脉-性腺-中肾区、胎肝及骨髓基质细胞饲养层上进一步诱导分化,按不同诱导阶段分为拟胚体对照、EB/AGM、EB/AGM+FL 和EB/AGM+FL+BM共4 组.共培养6 d 后分别收获各组拟胚体来源细胞,以流式细胞仪检测Sca-1+c-Kit+细胞含量,进行各系造血细胞集落形成单位分析并观察细胞形态.结果与结论:①EB/AGM+FL 组和EB/AGM+FL+BM 组收获细胞涂片均发现原始造血细胞.②拟胚体来源细胞经AGM 区基质细胞诱导后Sca-1+c-Kit+ 细胞明显升高(P < 0.05).③拟胚体对照组造血细胞集落形成单位低于其他各组(P < 0.05),而EB/AGM+FL、EB/AGM+FL+BM组造血细胞集落形成单位计数亦较EB/AGM组明显增高.提示AGM+FL 和AGM+FL+骨髓基质细胞微环境对原始造血干细胞的扩增效应均明显高于单纯主动脉-性腺-中肾饲养层.     

造血干细胞联合AGM基质细胞移植对骨髓移植小鼠造血重建的影响

目的探讨造血干细胞与主动脉-性腺-中肾(Aorta-gonad-mesonephros,AGM)区来源的基质细胞联合移植对同基因骨髓移植(bone marrow transplantation,BMT)小鼠BMT后骨髓造血的影响。方法建立同基因骨髓移植小鼠模型,随机分成4组:空白对照组、BMT组、BMT联合AGM基质细胞移植组(联合移植组)及川芎嗪组,另设正常组。分别于BMT后第7、14、21、28d检测外周血细胞、骨髓单个核细胞(bone marrow mono-nuclear cells,BMMNC)、第3、7、10、14、 21、28d检测骨髓组织学变化。结果联合移植组骨髓单个核细胞较川芎嗪组恢复快,联合移植组及川芎嗪组外周血血细胞、骨髓单个核细胞、骨髓组织恢复均较单纯BMT组快,有显著性差异。结论 BMT联合AGM基质细胞移植对骨髓移植造血重建具有促进作用。     

人胚胎AGM区基质细胞在体外培养中对脐血CD34+细胞的支持作用

目的探讨人主动脉-性腺-中肾(AGM)区基质细胞对脐血CD34+细胞的造血支持作用.方法采用免疫磁珠法分离人脐血CD34+细胞,接种于底层已制备好的人AGM区基质细胞S1～S5饲养层的24孔板中,同时设无饲养层组及取自同期胚胎的躯干成纤维(hFT)细胞为对照,体外培养28 d,每7 d收获细胞并检测总数,流式细胞术检测CD34+、CD34+CD38细胞含量,并行造血细胞集落培养.结果在未加外源性造血生长因子的条件下,5株人AGM区基质细胞hAGMS1～S5对造血细胞总数、CD34+及CD34+CD38细胞、造血细胞集落均有不同程度的扩增及维持作用,与无饲养层组、hFT细胞组比较差异有统计学意义(P＜0.05).细胞总数在21 d达到峰值[扩增(25.13±4.83)倍],CD34+、CD34+CD38-细胞在扩增14 d达到峰值[(2.68±0.51)倍、(2.38±0.45)倍],高增殖潜能集落形成单位(HPP-CFU)亦在14 d达到峰值[(2.62±0.85)倍].hAGMS1～S5的造血支持作用组间比较差异亦有统计学意义(P＜0.05),其中hAGMS3、S4优于S1、S2及S5.结论人AGM区基质细胞对脐血CD34+细胞具有维持及扩增作用,特别是hAGMS3、S4两株细胞具有更好的维持作用,为胚胎早期造血发生机制和诱导胚胎干细胞造血分化研究提供了重要的模式细胞和基础资料.     

不同发育阶段拟胚体对小鼠胚胎干细胞造血分化的影响

目的 通过对拟胚体(Embryoid body, EB)在造血发育过程中三个不同发育阶段的初步探讨,以了解它们对胚胎干细胞(Embryonic stem cells, ESCs)造血分化的影响.方法 根据不同阶段拟胚体的发育特点,将拟胚体分为三个阶段:EB 3-5天、EB 6-8天以及EB 9-13天.通过形态学、流式细胞仪分析、Realtime PCR以及造血集落形成试验来分析不同阶段拟胚体在造血分化过程的特点.结果 EB培养至第5天、第7天、第10天时,每6000个ES细胞形成EB的数量分别是97、100、88个;流式细胞仪检测CD34+/Sca-1+细胞,结果分别是8.91%、9.23%、12.73%;Realtime PCR结果分别显示EB培养到第6天左右时中胚层发育最为活跃,第10天时造血发育比前两个阶段要活跃;造血集落形成试验显示EB发育至第5天、第7天以及第10天时,每1×105个EB细胞形成的集落数分别是21、26、32.结论 EB 3-5天处于分化早期,各种检测参数数值都相对比较低,适合于次级拟胚体以及爆发集落的培养;EB 6-8天中胚层发育最为活跃;EB 9-13天造血发育相对比较成熟.根据不同阶段拟胚体发育的特点,可以选择适当的拟胚体作为体外造血分化模型来满足不同研究目的 需要.     

体外培养的人AGM区基质细胞表达多种造血生长因子

本研究检测人胚胎主动脉-性腺-中肾（AGM）区基质细胞表达的造血生长因子，为探讨AGM区基质细胞在胚胎造血发生中的作用及其造血支持作用提供基础资料。采用RT—PCR方法在mRNA水平分析IL-6、SCF、Fit3-L、OSM、IL-3、TPO、M-CSF、LIF等因子在人AGM区基质细胞（hAGMSI—S5）的表达情况，应用ELISA法测定IL-6、SCF、Fit3-L在hAGMSI—S5细胞培养上清液中的分泌水平，并将脐血CD34^＋细胞与hAGMSI—S5饲养层细胞共培养14天后行造血细胞集落培养以进一步检测人AGM区基质细胞的造血支持作用。结果表明：hAGMSI—S5均表达IL-6、SCF、Flt3-L、OSM等造血生长因子mRNA，不表达IL-3、TPO、M-CSF、LIF等因子mRNA。在hAGMSI—S5细胞培养上清液中可测得分泌的SCF、Fit3-L、IL-6等因子，hAGMSI—S5组间比较各因子水平无显著性差异（P〉0．05）。集落培养结果表明，hAGMSI—S5对CFU—GM、BFU—E、CFU-Mix均有不同程度的扩增作用，hAGMSI—S5的造血支持作用组间比较亦显示有显著性差异（P〈0.05），其中hAGMS3,S4优于S1、S2及S5。结论：人AGM区基质细胞表达SCF、Fit3-L、IL-6、OSM等多种造血生长因子，这可能与AGM区基质细胞支持造血细胞原始发生和体外维持造血干细胞功能相关。     

拟胚体形成过程与小鼠胚胎干细胞造血分化的关系

在胚胎干细胞(Embryonic Stem Cells,ES cells)造血分化过程中.拟胚体(Embryoid Bodies,EBs)起着非常重要的作用.它模拟体内胚胎发育过程.能够形成外胚层、中胚层和内胚层三个胚层.目前拟胚体培养方法较多,最为理想的可能是通过旋转生物反应器培养.因为这种方法形成的拟胚体之间形态大小都具有比较好的一致性.拟胚体的造血调控机制与体内基本相似,主要通过Wnt、BMP和Notch等信号旁路涮节;基因Hoxb4、Stat5a,runxl等过表达对造血也有影响.不断完善拟胚体的造血培养过程,相信能够更好地促进对胚胎干细胞造血分化的研究.     

人胚胎干细胞HuES17向造血干细胞的分化

背景:人类胚胎干细胞是来源于着床前囊胚的内细胞团,能在长期培养中无限增殖并保持未分化状态,且具有分化成人体组织各种细胞类型能力的细胞。目的:进一步验证人胚胎干细胞HuES17细胞株向造血干细胞分化的能力。方法:人胚胎干细胞HuES17采用与人包皮成纤维细胞二维共培养的方式培养,采用人胚胎干细胞与小鼠骨髓基质细胞(OP9)二维共培养的方法诱导胚胎干细胞向造血干细胞分化。结果与结论:人胚胎干细胞与小鼠骨髓基质细胞(OP9)二维共培养诱导造血分化的第四五天即开始出现OP9细胞逐渐老化,很快死亡;可以观察到人胚胎干细胞分化,然而,随着OP9细胞死亡,分化的人胚胎干细胞亦死亡,不能诱导人胚胎干细胞向造血干细胞分化。提示人胚胎干细胞HuES17细胞株可能不能向造血干细胞分化,或向造血干细胞分化的能力较低。     

Highly potent human hematopoietic stem cells first emerge in the intraembryonic aorta-gonad-mesonephros region

Hematopoietic stem cells (HSCs) emerge during embryogenesis and maintain hematopoiesis in the adult organism. Little is known about the embryonic development of human HSCs. We demonstrate that human HSCs emerge first in the aorta-gonad-mesonephros (AGM) region, specifically in the dorsal aorta, and only later appear in the yolk sac, liver, and placenta. AGM region cells transplanted into immunodeficient mice provide long-term high level multilineage hematopoietic repopulation. Human AGM region HSCs, although present in low numbers, exhibit a very high self-renewal potential. A single HSC derived from the AGM region generates at least 300 daughter HSCs in primary recipients, which disseminate throughout the entire recipient bone marrow and are retransplantable. These findings highlight the vast regenerative potential of the earliest human HSCs and set a new standard for in vitro generation of HSCs from pluripotent stem cells for the purpose of regenerative medicine.     

人胚胎干细胞分化为心肌细胞的体外实验

背景：体外诱导胚胎干细胞分化为心肌细胞国内外已做了大量研究。然而，在国内对胚胎干细胞分化为心肌细胞的研究只限于小鼠胚胎干细胞，还未见有将人胚胎干细胞诱导为心肌细胞的报道。 目的：将人胚胎干细胞系H14诱导分化为心肌细胞。 设计：体外人胚胎干细胞培养细胞，采用悬浮法让其形成拟胚体，在不同的分化时期观察出现有节律性收缩的拟胚体的比率以及心肌特异性基因的表达。 单位：香港中文大学公共卫生学院何鸿粲防治传染病研究中心分子生物学实验室。 材料：实验所用人胚胎干细胞株H14来源于美国威斯康星大学WiCell研究所并授权使用。 方法：于2006—08／12在香港中文大学公共卫生学院何鸿粲防治传染病研究中心分子生物学实验室完成。采用悬浮法培养人胚胎干细胞株H14，让其形成拟胚体。4d后，将拟胚体培养在包被有明胶的6孔培养板内（5-10个胚胎体/孔），让其自发分化为跳动的拟胚体，显微镜下观察有节律性收缩的拟胚体；然后采用反转录聚合酶链反应方法检测心肌特异性基因的表达。 主要观察指标：不同的分化时期有节律性收缩的拟胚体的比率以及心肌特异性基因的表达。 结果：拟胚体形成8d后，大约有2％的拟胎体出现有节律性的收缩，随着时间的延长，产生收缩的拟胚体越多，到第16天，大约有10％的拟胚体出现节律性跳动，跳动频率为70～100次／min。反转录聚合酶链反应结果显示，有节律性收缩的拟胚体表达心肌特异性的转录因子GATA-4和Nkx25，心肌特异性基因IsI-1和α- MHC。 结论：国内首次成功使人胚胎干细胞诱导分化为心肌细胞。     

神经节苷脂诱导人脂肪组织来源的基质细胞向神经细胞的分化

目的:探讨神经节苷脂诱导人脂肪组织来源的基质细胞向神经细胞分化的可能作用。方法:实验于2004-09/2005-09在华北煤炭医学院中心实验室完成。选取人体腹部皮下脂肪组织20mL,对脂肪组织提取物进行分离培养,分别采用对照组、神经诱导培养基组、神经诱导培养基加神经节苷脂100μmol/L和神经节苷脂100μmol/L组,对其进行诱导培养。采用倒置相差显微镜连续观察原代及传代后的细胞生长情况及形态变化。采用免疫组化法检测神经前体细胞的特异性标志神经巢蛋白,神经细胞的特异性标志神经元特异性烯醇化酶、微管联合蛋白2和神经胶质细胞的特异性标志胶质纤维酸性蛋白的表达。结果:①原代细胞情况:24h后大量细胞贴壁,呈宽大扁平的成纤维细胞形态,细胞核浆分界清楚,多为单核,随培养时间的延长,大部分细胞呈集落生长,并迅速增殖,集落大小不一,集落中的细胞呈典型的梭形细胞,集落之间互相靠近,一周后可达到80%融合,呈漩涡状排列。②传代细胞情况:呈圆形,悬浮状态,并很快贴壁,并分布均匀,与原代细胞相比,细胞形态更为单一,呈典型梭形。③神经细胞特异性标志测定:对照组和神经节苷脂100μmol/L组仅见极少量的神经前体细胞的特异性标志神经巢蛋白表达阳性,神经元特异性烯醇化酶、微管联合蛋白-2和胶质纤维酸性蛋白表达阴性。神经诱导培养基组和神经诱导培养基组加神经节苷脂组于诱导后1h出现Nestin表达阳性,5h出现神经元特异性烯醇化酶、微管联合蛋白2和胶质纤维酸性蛋白表达阳性。在一定时间内,上述指标表达强度随时间逐渐增加,但神经诱导培养基组加神经节苷脂组与神经诱导培养基组比较,神经巢蛋白、神经元特异性烯醇化酶和微管联合蛋白2表达阳性率增加,胶质纤维酸性蛋白表达阳性率降低,差异有显著性意义(P<0.05)。结论:神经节苷脂具有增强神经诱导培养基的诱导作用,并促进人脂肪组织来源的基质细胞向神经细胞分化。     

神经节苷脂诱导人脂肪组织来源的基质细胞向神经细胞的分化

目的：探讨神经节苷脂诱导人脂肪组织来源的基质细胞向神经细胞分化的可能作用。 方法：实验于2004-09／2005-09在华北煤炭医学院中心实验室完成。选取人体腹部皮下脂肪组织20mL，对脂肪组织提取物进行分离培养，分别采用对照组、神经诱导培养基组、神经诱导培养基加神经节苷脂100μmol／L和神经节苷脂100 μmol／L组，对其进行诱导培养。采用倒置相差显微镜连续观察原代及传代后的细胞生长情况及形态变化。采用免疫组化法检测神经前体细胞的特异性标志神经巢蛋白，神经细胞的特异性标志神经元特异性烯醇化酶、微管联合蛋白2和神经胶质细胞的特异性标志胶质纤维酸性蛋白的表达。 结果：①原代细胞情况：24h后大量细胞贴壁，呈宽大扁平的成纤维细胞形态，细胞核浆分界清楚，多为单核，随培养时间的延长，大部分细胞呈集落生长，并迅速增殖，集落大小不一，集落中的细胞呈典型的梭形细胞，集落之间互相靠近，一周后可达到80％融合，呈漩涡状排列。②传代细胞情况：呈圆形，悬浮状态，并很快贴壁，并分布均匀，与原代细胞相比，细胞形态更为单一，呈典型梭形。③神经细胞特异性标志测定：对照组和神经节苷脂100μmol／L组仅见极少量的神经前体细胞的特异性标志神经巢蛋白表达阳性，神经元特异性烯醇化酶、微管联合蛋白-2和胶质纤维酸性蛋白表达阴性。神经诱导培养基组和神经诱导培养基组加神经节苷脂组于诱导后1h出现Nestin表达阳性，5h出现神经元特异性烯醇化酶、微管联合蛋白2和胶质纤维酸性蛋白表达阳性。在一定时间内，上述指标表达强度随时间逐渐增加，但神经诱导培养基组加神经节苷脂组与神经诱导培养基组比较，神经巢蛋白、神经元特异性烯醇化酶和微管联合蛋白2表达阳性率增加，胶质纤维酸性蛋白表达阳性率降低，差异有显著性意义（P〈0．05）。 结论：神经节苷脂具有增强神经诱导培养基的诱导作用，并促进人脂肪组织来源的基质细胞向神经细胞分化。