骨性材料复合绿色荧光蛋白标记骨髓间充质干细胞研究体系的建立与应用术

背景:由于骨性生物材料和骨组织本身坚硬致密的物理特性,限制了对生长在其中的靶细胞的示踪研究.目的:针对骨性材料含钙、透光性差的特性,拟建立骨性材料复合绿色荧光蛋白基因标记的骨髓问充质干细胞的研究体系.设计、时间及地点:体外观察实验,于2008-06/2009-01在南方医科大学南方医院骨与软骨再生医学重点实验室完成.材料:β磷酸三钙多孔骨性生物支架材料(1 cm×1 cmx0.8cm)购自上海贝奥路生物材料有限公司.3月龄新西兰大白兔用于获取并培养骨髓间充质干细胞.方法:①骨髓间充质干细胞以携带绿色荧光蛋白的慢病毒载体标记后,接种于β-磷酸三钙骨性生物支架材料内部.②以荧光倒置显微镜观测材料中细胞的生长情况,并通过荧光定量聚合酶链反应等检测材料内部细胞的增殖情况.③以自创的半固体脱钙体系对复合细胞的材料脱钙后.制备连续冰冻切片观察;同时,采用不脱钙塑料包埋、扫描电镜等方法观察.主要观察指标:骨性材料中绿色荧光蛋白标记骨髓间充质干细胞的分布、形态及增殖情况.结果:①荧光显微镜下观察到绿色荧光细胞在材料内部生长、增殖.②普通聚合酶链反应可对材料内的绿色荧光细胞进行定性分析,荧光定量聚台酶链反应检测的Ct值和接种的绿色荧光细胞数量呈指数相关,故可以对材料中的绿色荧光细胞进行定量分析.③半固体脱钙可使骨性材料内部坚硬的钙质成分消失,而细胞所在的位置,形态和荧光不变;不脱钙塑料包埋可以原位保留细胞形态和荧光,但仅适用于小块组织;而扫描电镜观察范围有限,细胞无法保留荧光.结论:建立了可在骨性材料内部疗便、直观地追踪绿色荧光蛋白标记骨髓闻充质干细胞的体系,具有广泛的应用前景.     

重组腺病毒介导增强型绿色荧光蛋白基因转染兔骨髓间充质干细胞

背景:目前仍没有合适的标记方法追踪观察兔骨髓间充质干细胞组织修复及基因治疗的效果.目的:观察重组腺病毒介导增强型绿色荧光蛋白基因在兔骨髓间充质干细胞中的表达,及转染后干细胞活性的变化,以寻找稳定标记兔骨髓间充质干细胞的方法. 设计、时间及地点:细胞学体外观察,于2008-03/05在南京市第一医院骨科干细胞实验室完成. 材料:健康2月龄纯种新西兰大白兔4只,由南京医科大学实验动物基地提供.重组腺病毒Ad5/F35-EGFP为北京本元正阳基因有限公司产品. 方法:用密度梯度离心法分离纯化兔骨髓间充质干细胞,贴肇法纯化扩增.取传至第4代细胞,流式细胞仪检测细胞标志的表达,消化离心重悬后进行计数,平均分成5组,每组细胞数5.0×105个,接种于25 m2培养瓶,空白组加入50 μL的PBS液,剩余4组加入重组腺病毒Ad5/F35-EGFP进行转染,感染复数(MOI)分别为10,20,50,100,继续传代培养.主要观察指标:骨髓间充质干细胞的生长状态及表面标志鉴定,转染后骨髓间充质干细胞增强型绿色荧光蛋白的表达及活性变化.结果:原代培养48 h后见细胞贴壁,8 d时细胞铺满瓶底80%以上,绝大多数呈梭形,传代后细胞增殖速度加快,三四天即可传代,第4代细胞CD29和CD44呈阳性表达,CD34与CD45呈阴性表达.转染后24 h可见绿色荧光,7 d时荧光最强,细胞转染率与感染复数值的呈线性增长关系,至49 d时仍可见绿色荧光.转染后0,7,14,28,49 d,感染复数=50组的骨髓间充质干细胞数量均与空白组基本相似(P均>0.05),即转染后细胞增殖能力无明显变化. 结论:重组腺病毒载体能高效标记骨髓间充质干细胞,感染复数为50时较为理想,增强型绿色荧光蛋白基因可持续表达49 d,且标记后不影响骨髓间充质干细胞的增殖活性.     

兔膀胱脱细胞基质负载大鼠毛囊干细胞的体外培养

背景：组织工程学的兴起为泌尿系组织或器官的修复和重建开辟了新的途径,膀胱脱细胞基质是较好的泌尿系组织工程修复的替代材料。目的：构建毛囊干细胞与异种膀胱脱细胞基质为支架的细胞支架复合物,体外培养观察细胞在支架上的生长状态。方法：制备新西兰兔膀胱脱细胞基质,通过扫描电镜和Masson染色检测材料脱细胞效果,采用二次沉淀法将第3代毛囊干细胞静态接种于膀胱脱细胞基质表面,倒置显微镜下观察细胞生长状态,并绘制细胞生长曲线,组织学检测和扫描电镜观察细胞在材料表面的生长状况。结果与结论：制备的膀胱脱细胞基质为白色半透明膜状,扫描电镜下观察为纤维网状结构,未见细胞残留。Masson染色提示膀胱脱细胞基质为胶原结构,无明显细胞残留。细胞材料体外复合培养48 h后倒置显微镜下观察膀胱脱细胞基质周围毛囊干细胞生长状态良好,1周后扫描电镜下观察毛囊干细胞伸展、黏附于支架表面。结果可见毛囊干细胞与膀胱脱细胞基质体外培养具有良好的生物相容性。     

增强型绿色荧光蛋白腺病毒表达载体构建及其在移植干细胞示踪和定量中的初步应用

目的:构建增强型绿色荧光蛋白腺病毒表达载体,并观察其在移植真皮多能干细胞示踪和定量中的应用。方法:实验于2004-08/2005-10在解放军第三军医大学预防医学院全军复合伤研究所完成。①细菌内同源重组构建含增强型绿色荧光蛋白基因的骨架质粒,PacⅠ酶切后转染293细胞,包装出增强型绿色荧光蛋白腺病毒载体。增强型绿色荧光蛋白腺病毒表达载体鉴定正确后,收集293细胞反复冻融离心收集上清,粗制病毒液感染293细胞,扩增重组病毒载体。②选取新生1d雄性大鼠1只作为供体,剪取皮肤进行真皮多能干细胞的分离培养鉴定。将第7代粗制病毒液加入生长状态良好的真皮多能干细胞,转染后5d观察绿色荧光蛋白阳性细胞数量,计数绿色荧光蛋白阳性细胞百分比。③选取60只成年Wistar大鼠作为受体,随机分为全身照射组和正常对照组,各30只。全身照射组大鼠接受总剂量为5Gy的γ射线照射,正常对照组不接受放射。两组大鼠均接受尾静脉移植的1mL增强型绿色荧光蛋白腺病毒载体转染的真皮多能干细胞悬液。两组分别于照射后5d,1,2,3,4周荧光显微镜下观察真皮多能干细胞在骨髓组织中的分布情况,每个时相点6只大鼠;同时定量分析骨髓中真皮多能干细胞的含量。结果:作为受体的60只大鼠全部进入结果分析。成功地构建了增强型绿色荧光蛋白腺病毒载体,并发现其可转染和标记真皮多能干细胞。增强型绿色荧光蛋白标记的真皮多能干细胞在移植后4周内在大鼠体内的分布可被有效地检测,荧光激活细胞分类结果显示全身照射组大鼠骨髓中真皮多能干细胞的含量从移植后5d～4周均明显高于正常对照组大鼠(P<0.01)。结论:增强型绿色荧光蛋白腺病毒载体可有效地标记真皮多能干细胞,并能很好地示踪和定量分析移植到大鼠体内真皮多能干细胞的分布情况。     

脂质体介导人骨形态发生蛋白2基因转染对兔脂肪干细胞生长增殖的影响

背景:脂质体对细胞具有毒副作用,而外源性基因的胞内导入亦在细胞的代谢方面有所影响,因此脂质体介导人骨形态发生蛋白2基因转染脂肪干细胞对其在生长、增殖方面有无显著影响值得探讨.目的:观察脂质体介导的人骨形态发生蛋白2基因转染对兔脂肪干细胞生长、增殖的影响.方法:从兔脂肪组织中提取脂肪干细胞,体外培养传代,取第4代细胞分别转染人骨形态发生蛋白2基因和增强型绿色荧光蛋白基因,倒置显微镜下连续观察转染后的细胞形态变化及生长情况.荧光显微镜下计数转染后48 h可发绿色荧光细胞的个数估算瞬时转染效率,MTT法绘制染后细胞的生长曲线,并计算群体倍增时间.结果与结论:转染后48 h,细胞体积变大,胞浆丰富,部分呈圆形或椭圆形改变.荧光显微镜下计数瞬时转染率为(18.0±0.42)%.MTT法绘制细胞生长曲线发现:转染后细胞较未转染的细胞生长速率略慢,但转染与未转染组细胞的生长曲线大致一样,均呈"S"形,且两者的总体趋势变化不大.转染后人骨形态发生蛋白2组的细胞群体倍增时间为55.51 h,EGFP组群体倍增时间约为53.58 h,未转染组的群体倍增时间46.10 h,差异无显著意义(P > 0.05).提示脂质体可以介导人骨形态发生蛋白2基因和绿色荧光蛋白基因转染兔脂肪干细胞,并对细胞的生长、增殖无明显影响.     

Ad5-增强型绿色荧光蛋白和rAAV2-增强型绿色荧光蛋白转染脂肪间充质干细胞的对比

背景:利用基因转染技术诱导脂肪间充质干细胞成软骨细胞已有报道,但腺病毒和腺相关病毒转染脂肪间充质干细胞各有不同,且腺相关病毒载体能否转染脂肪间充质干细胞众说不一.目的:观察Ad5-增强型绿色荧光蛋白(enhanced green fluorescent protein,EGFP)和Raav2-EGFP转染脂肪间充质干细胞后增强型绿色荧光蛋白的表达及转染后细胞增值能力的变化.方法:脂肪组织来源于6月龄新西兰大白兔颈背部.机械消化和酶消化法分取脂肪间充质干细胞,体外培养扩增.分别采用腺病毒载体(Ad5-EGFP)和腺相关病毒载体(Raav2-EGFP)转染脂肪间充质干细胞,并观察EGFP的表达.Raav2-EGFP转染后,需加入2 Μl丁酸钠(1 mol/L).采用MTT法检测基因转染对脂肪间充质干细胞增殖能力的影响.结果与结论:体外培养的脂肪间充质干细胞呈扁平状和长梭形,细胞形态均一,传代稳定.Ad5-EGFP组和Raav2-EGFP组均能观察到较多荧光细胞,转染效率分别达到88%和83%.腺病毒和腺相关病毒载体均能转染脂肪间充质干细胞,且转染效率很高.腺相关病毒需要借助丁酸钠来提高其基因表达水平.     

腺病毒重组绿色荧光蛋白转染脂肪组织来源干细胞的特点

目的:体外基因转染成人脂肪组织来源的干细胞后,观察腺病毒载体能否有效地转染及对细胞的影响。实验应用腺病毒增强型绿色荧光蛋白进行体外基因转染以验证基因修饰效果。方法:实验于2006-10/2007-02在南方医科大学生物技术工程研究所实验室完成。实验对象:脂肪组织取自南方医科大学附属医院整形科手术室5例成年女性腹部吸脂术患者,排除了冠心病、高血压及糖尿病等。手术前均与患者本人谈话并征得其同意,获取脂肪组织进行实验,并经医院伦理委员会批准。实验方法:分离人脂肪组织,进行原代和传代培养。取第4代脂肪组织来源干细胞进行流式细胞术表型鉴定,并将0,10,20,30,50,100感染复数值的腺病毒重组增强型绿色荧光蛋白,通过活力和增殖实验进行体外转染,观察其对脂肪组织来源干细胞的影响。结果:5份标本均成功培养出脂肪组织来源干细胞,生长良好,均成功进行了腺病毒重组增强型绿色荧光蛋白基因转染。①原代细胞培养48h后可见细胞贴壁,13d后可见细胞铺满瓶底80%细胞绝大多数呈梭形。1∶2传代后细胞增殖速度明显加快,3d后细胞即已长满培养瓶底,即可传代。第4代的脂肪组织来源干细胞表型,呈CD29 ,CD34-,CD44 ,CD106-,CD133-和HLA-DR-。②腺病毒重组增强型绿色荧光蛋白转染24h可见绿色荧光,5d荧光表达强度最强,脂肪组织来源干细胞细胞传代培养后仍有强荧光表达。③转染组和未转染组细胞培养1,3,5,7,9,11d时细胞活力、增殖分化均无统计学差异。结论:腺病毒重组增强型绿色荧光蛋白可成功进入脂肪组织来源干细胞,感染复数值为50时较为理想。     

增强型绿色荧光蛋白腺病毒表达载体构建及其在移植干细胞示踪和定量中的初步应用

目的：构建增强型绿色荧光蛋白腺病毒表达载体，并观察其在移植真皮多能干细胞示踪和定量中的应用。 方法：实验于2004-08／2005-10在解放军第三军医大学预防医学院全军复合伤研究所完成。①细菌内同源重组构建含增强型绿色荧光蛋白基因的骨架质粒，PacⅠ酶切后转染293细胞，包装出增强型绿色荧光蛋白腺病毒载体。增强型绿色荧光蛋白腺病毒表达载体鉴定正确后，收集293细胞反复冻融离心收集上清，粗制病毒液感染293细胞，扩增重组病毒载体。②选取新生1d雄性大鼠1只作为供体，剪取皮肤进行真皮多能干细胞的分离培养鉴定。将第7代粗制病毒液加人生长状态良好的真皮多能干细胞，转染后5d观察绿色荧光蛋白阳性细胞数量，计数绿色荧光蛋白阳性细胞百分比。③选取60只成年Wistar大鼠作为受体，随机分为全身照射组和正常对照组，各30只。全身照射组大鼠接受总剂量为5Gy的1射线照射，正常对照组不接受放射。两组大鼠均接受尾静脉移植的1mL增强型绿色荧光蛋白腺病毒载体转染的真皮多能干细胞悬液。两组分别于照射后5d，1，2，3，4周荧光显微镜下观察真皮多能干细胞在骨髓组织中的分布情况，每个时相点6只大鼠；同时定量分析骨髓中真皮多能干细胞的含量。 结果：作为受体的60只大鼠全部进入结果分析。成功地构建了增强型绿色荧光蛋白腺病毒载体，并发现其可转染和标记真皮多能干细胞。增强型绿色荧光蛋白标记的真皮多能干细胞在移植后4周内在大鼠体内的分布可被有效地检测，荧光激活细胞分类结果显示全身照射组大鼠骨髓中真皮多能干细胞的含量从移植后5d～4周均明显高于正常对照组大鼠（P〈0．01）。 结论：增强型绿色荧光蛋白腺病毒载体可有效地标记真皮多能干细胞，并能很好地示踪和定量分析移植到大鼠体内真皮多能干细胞的分布情况。     

增强型绿色荧光蛋白标记技术示踪组织工程化骨形成

目的:观察以脂质体介导法转染的增强型绿色荧光蛋白质粒作为骨组织工程种子细胞示踪剂的可行性。方法:实验于2005-07/2006-11在南昌大学第二附属医院分子医学实验室完成。选取12个月龄中国青山羊2只作为骨髓基质干细胞供体。另取BACB/un裸鼠9只作为骨髓基质干细胞-珊瑚复合物受体。①将已转化pEGFP-N2大肠杆菌109菌种,进行质粒提取并经AvaⅡ酶切鉴定。②脂质体lipofectamine2000介导转染羊骨髓基质干细胞。分别于转染24h、6个月后计算荧光的转染效率。标记与未标记细胞经成骨诱导分化后,检测碱性磷酸酶活性和四环素钙结节染色,以未标记的同期细胞作对照。③将标记细胞接种于珊瑚支架,形成骨髓基质干细胞-珊瑚复合物,分别于体外培养4,7,14d后进行电镜扫描观察。④将体外培养7d的骨髓基质干细胞-珊瑚复合物移植于裸鼠皮下,8周后取出,荧光显微镜下进行示踪观察,苏木精-伊红染色观察组织结构。以未标记的骨髓基质干细胞-珊瑚复合物、单纯珊瑚作对照。结果:共纳入中国青山羊2只,BACB/un裸鼠9只,作为受体的9只裸鼠进入结果分析。①质粒经酶切后电泳,可见3条带,分别为445bp,1938bp,2354bp,确定所提质粒为pEGFP-N2。②转染24h后绿色荧光表达率35%;经G418筛选,转染6个月后绿色荧光表达率75%;与对照组相比,标记细胞碱性磷酸酶活性差异无统计学意义(P>0.05),均具有钙结节形成能力。③标记细胞与材料贴附生长良好,并分泌胶原纤维及钙盐结晶样基质。④组织学示新生骨样组织围绕材料孔隙生成;新生组织细胞内有绿色荧光表达,同时对照组未观察到绿色荧光。结论:脂质体介导法转染的pEGFP-N2标记骨髓基质干细胞,可用于裸鼠体内示踪,是一种理想的组织工程化骨组织的示踪方法。     

人脂肪来源干细胞增强型绿色荧光蛋白质粒转染及体内示踪

目的:对于人脂肪来源干细胞的应用,目前已开始进行临床前期体内移植实验,细胞标记与示踪是证明移植细胞转归和生成组织来源的关键问题.实验观察了带有增强型绿色荧光蛋白的基因质粒转染人脂肪来源干细胞的效果及体内示踪效应.方法:实验于2007-03/12在沈阳军区总医院整形美容外科中心实验室(省级)、沈阳军区呼吸中心实验室(国家级)和全军神经外科中心实验室(国家级)完成.①细胞来源与动物:脂肪组织取自1例腹壁整形术女性患者,对治疗及实验均签署知情同意书,实验经医院医学伦理委员会批准.清洁级雄性裸鼠8只,实验过程中对动物的处置符合动物伦理学标准.大肠杆菌JM109由本室保存.转染质粒pEGFP-N3为美国Clontech公司产品.②实验方法:无菌条件下切取患者脂肪组织,采用酶消化法体外分离培养脂肪来源干细胞,传至第3代时以2.5×107L-1密度接种,分别加入200,300,400,500,600,700,800,900mg/L G418,确定G418杀死所有细胞的最低浓度(C0).采用脂质体法对人脂肪来源干细胞进行pEGFP-N3质粒转染,C0浓度G418筛选,计数阳性细胞率.培养5代后制备单个细胞悬液,浓度为8×1010L-1,植入到裸鼠背部皮下,采用活体化学发光和荧光成像系统观察大鼠荧光表达情况.结果:①体外培养的人脂肪来源干细胞贴壁后为成纤维细胞样,细胞生长活性良好,传代后生长速度加快.②当G418浓度为600 mg/L时细胞全部死亡,故将此浓度设定为C0.③pEGFP-N3质粒-脂质体复合物转化脂肪来源干细胞24 h后,绿色荧光蛋白阳性细胞率为(13.0±3.5)%,经C0浓度G418筛选后高达(65.0±5.4)%.④裸鼠背部皮下注射脂肪来源干细胞8周后,可见移植区周围弥漫分布绿色荧光区,提示植入细胞存活并广泛分布.结论:增强型绿色荧光蛋白质粒可以有效转染人脂肪来源干细胞,并在裸鼠体内呈现良好的示踪效果.