骨髓间充质干细胞诱导成骨的研究进展

骨髓间充质干细胞因其具有自我复制和多向分化潜能而成为目前骨组织工程领域研究的重点之一。对这方面近几年的研究成果从诱导因子的作用及调控机制、物理条件、新的研究方法等方面做了简要论述。     

骨髓间充质干细胞成骨分化调控的研究进展

骨髓间充质干细胞具有较强的自我更新能力和多向分化潜能，其应用是目前国际上组织工程领域中重要的研究内容之一。近年来，许多实验室从分子，生化，物理等水平对其成骨分化调控进行了深入研究，取得了较大的进展。     

骨髓间充质干细胞成骨分化调控的研究进展

骨髓间充质干细胞具有较强的自我更新能力和多向分化潜能 ,其应用是目前国际上组织工程领域中重要的研究内容之一。近年来 ,许多实验室从分子、生化、物理等水平对其成骨分化调控进行了深入研究 ,取得了较大的进展     

微重力对骨髓间充质干细胞成骨分化的影响

骨髓间充质干细胞（BMSCs）是一种多能成体于细胞,是组织工程重要的种子细胞来源之一.微重力对BMSCs成骨分化具有抑制作用,可使骨量减少和骨微结构改变,从而导致骨质疏松症.这一过程受到多条信号通路的调控,如MAPK信号通路、Notch信号通路和Wnt/β-catenin信号通路等,它们协同调节微重力下BMSCs向成骨细胞方向的分化.研究微重力对BMSCs成骨分化的影响,可以阐明骨质流失机理,为相关疾病的治疗提供新的靶点,促进我国太空宇航事业的发展.     

肥胖小鼠骨髓间充质干细胞的成骨分化

背景:骨髓间充质干细胞分化受到多种因素的影响,肥胖小鼠骨髓间充质干细胞具有更佳的成骨分化能力。目的:探究正常饮食小鼠与高脂饮食诱导的肥胖小鼠骨髓间充质干细胞成骨分化的差异。方法:将4-6周龄Balb/c小鼠随机分为正常饮食组和高脂饮食组,饲养20周后,通过全骨髓培养法得到骨髓间充质干细胞,成骨诱导7 d后进行碱性磷酸酶染色以及qRT-PCR检测成骨相关基因的表达,成骨诱导14 d后进行茜素红染色。高脂饲养20周后,Micro-CT分析股骨骨量的变化,小鼠股骨切片进行苏木精-伊红染色。结果与结论:(1)与正常饮食组小鼠相比,高脂饮食饲养20周后小鼠体质量显著增加;(2)与正常饮食组小鼠骨髓间充质干细胞相比,高脂饮食组小鼠骨髓间充质干细胞中碱性磷酸酶阳性表达和钙结节数目显著增加,成骨相关基因碱性磷酸酶、骨桥蛋白和RUNT相关转录因子2表达水平升高;(3)Micro-CT重建和骨形态参数量化结果显示,与正常饮食组小鼠相比,高脂饮食组小鼠骨量显著增加,其中骨密度、骨体积分数、骨面积与骨体积比值、骨小梁厚度和骨小梁数目均显著增加,而骨小梁分离度显著减小,苏木精-伊红染色显示高脂饮食组小鼠股骨内含...     

骨髓间充质干细胞成脂成骨平衡调控研究进展

骨质疏松症（OP）是一种全身性的骨代谢疾病,主要表现为骨量减少、骨质脆性增加、骨骼微结构退化。随着对骨质疏松症发病机制的深入研究,骨髓间充质干细胞（BMSCs）分化失衡（成骨分化减少,成脂分化增多）是引发骨质疏松症的关键。我们总结了BMSCs成脂成骨分化相关的信号通路,充分理解这些信号通路,有利于更好的阐明骨质疏松症的发病机制,为临床医生有效地治疗骨质疏松症提供帮助。     

骨髓间充质干细胞诱导成骨的研究进展

骨髓间充质干细胞因其具有自我复制和多向分化潜能而成为目前骨组织工程领域研究的重点之一。对这方面近几年的研究成果从诱导因子的作用及调控机制、物理条件、新的研究方法等方面做了简要论述。     

褪黑素预处理的骨髓间充质干细胞外泌体促进骨髓间充质干细胞成骨

背景:骨质疏松是一种以骨量减少、骨微结构改变为主要特征的全身性代谢疾病,现有的药物治疗效果有限且不良反应明显,而骨髓间充质干细胞来源外泌体因其非免疫原性等优势,有望成为治疗骨质疏松的新方法.目的:探讨褪黑素预处理骨髓间充质干细胞后提取的外泌体对骨髓间充质干细胞成骨分化的影响及作用机制,分析其作为无细胞方式促进成骨治疗骨...     

微振动在骨髓间充质干细胞成骨向分化中的作用机制研究进展

微振动是指系统相对平衡位置幅度很小的周期性偏离,而高频率、低振幅的微振动(low-magnitude high-frequency vibration, LMHFV)对骨骼系统细胞的作用力与肌肉运动时对骨骼产生的力学刺激相似。骨髓间充质干细胞(bone mesenchymal stem cells,BMSCs)作为力学敏感细胞,存在于骨髓基质,具有多向分化潜能。在体外适当机械刺激下,BMSCs增殖、分化等生物学特性发生功能性变化,对力学刺激做出适应性应答。LMHFV可促进BMSCs向成骨细胞分化,探明其机制有助于将微振动应用于骨质疏松、骨折、成骨不全症、肥胖症等疾病的治疗以及正畸牙移动的加速等方面。综述微振动对BMSCs成骨向分化的影响以及可能的作用机制,为研究微振动刺激下BMSCs的力学生物学改变提供思路。     

补骨脂素对大鼠骨髓间充质干细胞成骨分化的影响

目的研究不同浓度的补骨脂素对大鼠骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMMSCs)成骨分化的影响,为临床应用补骨脂素治疗骨质疏松症提供理论依据。方法选取8周龄健康雄性SD大鼠,取双侧股骨、胫骨,对大鼠的BMMSCs进行分离、原代培养和细胞表型鉴定。取第3代大鼠BMMSCs,体外利用成骨诱导培养基进行不同浓度补骨脂素的药物诱导,MTT法检测不同浓度的补骨脂素对大鼠BMMSCs生长的影响;通过碱性磷酸酶(ALP)活性测定、Western blot法和茜素红染色方法评价不同浓度补骨脂素对大鼠BMMSCs成骨分化能力。结果第3代大鼠BMMSCs表面抗原符合干细胞鉴定标准,成骨诱导后给予15μmol/L补骨脂素对大鼠BMMSCs的增殖作用最佳,ALP活性、Runx-2表达和钙化结节数目均明显高于经典成骨诱导组、5μmol/L和10μmol/L和20μmol/L补骨脂素组。结论15μmol/L补骨脂素成骨诱导促进BMMSCs向成骨分化,从而起到防治骨质疏松的作用。     

重组慢病毒载体转染羊骨髓间充质干细胞及成骨基因表达量的变化

背景：碱性成纤维细胞生长因子具有促进骨髓基质细胞分裂增殖作用,而骨形态发生蛋白2在诱导新骨形成方面有重要的研究意义。目的：分析骨形态发生蛋白2和碱性成纤维细胞生长因子基因单独和联合转染对体外培养的骨髓间充质干细胞的增殖和骨向分化的影响,比较Ⅰ型胶原蛋白、骨钙蛋白、骨桥蛋白等非特异性成骨基因于转染前后骨髓间充质干细胞相对表达量的差别,为构建组织工程骨的种子细胞做理论依据。方法：构建碱性成纤维细胞生长因子、骨形态发生蛋白2慢病毒载体,分别转染羊骨髓间充质干细胞,得到碱性成纤维细胞生长因子组、骨形态发生蛋白2组、联合组、对照组细胞,提取RNA后采用实时定量PCR的方法检测Ⅰ型胶原蛋白、骨钙蛋白、骨桥蛋白等非特异性成骨基因的mRNA水平相对表达量的变化。结果与结论：对照组、碱性成纤维细胞生长因子、骨形态发生蛋白2及联合组4组间非特异性成骨基因表达量存在明显差异(P < 0.05),且碱性成纤维细胞生长因子和骨形态发生蛋白2具有交互作用(P < 0.05),碱性成纤维细胞生长因子、骨形态发生蛋白2联合组的Ⅰ型胶原蛋白和骨钙蛋白基因表达量明显高于其他3组,且差异有显著性意义(P < 0.05);但是骨桥蛋白基因中差异无显著性意义(P > 0.05)。体外实验结果显示联合转染组中的Ⅰ型胶原蛋白、骨钙蛋白、骨桥蛋白等非特异性成骨基因mRNA水平相对表达量较多,该组细胞的成骨功能最强,适合作为组织工程骨的种子细胞。中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞;骨髓干细胞;造血干细胞;脂肪干细胞;肿瘤干细胞;胚胎干细胞;脐带脐血干细胞;干细胞诱导;干细胞分化;组织工程全文链接：     

大鼠骨髓间充质干细胞成骨诱导分化的超微结构变化

背景：目前对骨髓间充质干细胞成骨诱导分化的超微结构观察的报道甚少。 目的：采用全骨髓贴壁法分离培养大鼠骨髓间充质干细胞,成骨诱导并染色鉴定,利用电镜观察诱导前后细胞超微结构变化特点。 方法：全骨髓贴壁法体外分离、培养、纯化大鼠骨髓间充质干细胞,流式细胞仪检测细胞表面标记物,成骨染色鉴定向成骨方向诱导分化,扫描电镜及透射电镜观察成骨诱导前后细胞超微结构变化。 结果与结论：培养的第3代骨髓间充质干细胞纯度高、活力强,成骨诱导后的碱性磷酸酶活性染色、钙化结节染色均呈阳性。扫描电镜及透射电镜观察显示,经向成骨细胞诱导分化后,细胞形态铺展,不规则,其线粒体、粗面内质网、空泡明显增多,表明细胞功能活跃。     

骨基质明胶/煅烧骨基质重组人工骨对骨髓间充质干细胞成骨潜能的影响

背景：前期实验发现单纯骨基质明胶材料与骨髓间充质干细胞复合后具有较好的成骨能力,修复骨缺损效果较好,但单纯骨基质明胶降解速度快,硬度差,不能用来修复承重区域的骨缺损。 目的：观察骨基质明胶/煅烧骨基质重组人工骨与骨髓间充质干细胞复合培养后细胞成骨潜能的变化。 方法：利用骨基质明胶和煅烧骨基质制备重组人工骨,并与大鼠骨髓间充质干细胞复合培养48 h,用茜素红染色检测复合培养后细胞的成骨潜能。 结果与结论：细胞在复合材料上能够很好的黏附、生长以及增殖,与重组人工骨复合培养后,细胞的成骨潜能和细胞表型无明显变化。表明重组人工骨易于与骨髓间充质干细胞结合,对细胞成骨潜能无影响,生物相容性良好。     

姜黄素调控大鼠骨髓间充质干细胞的成骨分化

背景：姜黄素能明显降低破骨细胞的骨重吸收,诱导破骨细胞凋亡,抑制破骨细胞形成。 目的：观察不同浓度姜黄素对大鼠骨髓间充质干细胞成骨分化的影响。 方法：采用贴壁法分离培养大鼠骨髓间充质干细胞,传至第3代后采用成骨培养基进行成骨诱导,在诱导前3 d于诱导培养基中分别加入0(对照),10,15 μmol/L姜黄素。 结果与结论：接种培养7 d,倒置显微镜下可见分散的骨髓间充质干细胞小集落,集落细胞呈放射状生长。随培养时间延长,细胞集落增大,细胞形态为长梭形。加入成骨培养基7 d后细胞形态逐渐由长梭形变为多角形,随成骨诱导时间延长形态变化更加明显。加入不同浓度姜黄素后骨髓间充质干细胞增殖无变化。姜黄素呈剂量依赖性促进骨髓间充质干细胞碱性磷酸酶活性及Runx-2、血红素单加氧酶1的表达。提示姜黄素能有效促进大鼠骨髓间充质干细胞早期成骨分化,其机制可能与提高干细胞血红素单加氧酶1的表达有关。     

Effect of hypoxia on gene expression of bone marrow-derived mesenchymal stem cells and mononuclear cells

MSC have self-renewal and multilineage differentiation potential, including differentiation into endothelial cells and vascular smooth muscle cells. Although bone marrow-derived mononuclear cells (MNC) have been applied for therapeutic angiogenesis in ischemic tissue, little information is available regarding comparison of the molecular foundation between MNC and their MSC subpopulation, as well as their response to ischemic conditions. Thus, we investigated the gene expression profiles between MSC and MNC of rat bone marrow under normoxia and hypoxia using a microarray containing 31,099 genes. In normoxia, 2,232 (7.2%) and 2,193 genes (7.1%) were preferentially expressed more than threefold in MSC and MNC, respectively, and MSC expressed a number of genes involved in development, morphogenesis, cell adhesion, and proliferation, whereas various genes highly expressed in MNC were involved in inflammatory response and chemotaxis. Under hypoxia, 135 (0.44%) and 49 (0.16%) genes were upregulated (>threefold) in MSC and MNC, respectively, and a large number of those upregulated genes were involved in glycolysis and metabolism. Focusing on genes encoding secretory proteins, the upregulated genes in MSC under hypoxia included several molecules involved in cell proliferation and survival, such as vascular endothelial growth factor-D, placenta growth factor, pre-B-cell colony-enhancing factor 1, heparin-binding epidermal growth factor-like growth factor, and matrix metalloproteinase-9, whereas the upregulated genes in MNC under hypoxia included proinflammatory cytokines such as chemokine (C-X-C motif) ligand 2 and interleukin-1alpha. Our results may provide information on the differential molecular mechanisms regulating the properties of MSC and MNC under ischemic conditions. Disclosure of potential conflicts of interest is found at the end of this article.     

骨髓间充质干细胞对致敏小鼠造血干/祖细胞移植植入的影响

目的: 前期的研究已经证实致敏小鼠造血干/祖细胞移植植入失败率高。本研究拟通过骨髓间充质干细胞(MSCs)进行干预,观察能否提高造血干、祖细胞移植的植入率。方法: 应用贴壁培养法体外培养正常小鼠骨髓MSCs,并分为6个实验组,包括实验组1:d11 MSCs干预的致敏组;实验组2: d0 MSCs干预的致敏组;实验组3:d11和d0 2次MSCs干预的致敏组;实验组4: 无MSCs干预的致敏小鼠对照组;实验组5:无MSCs干预的正常小鼠(非致敏小鼠)移植对照组;实验组6:无MSCs干预的正常小鼠不移植对照组。观察指标包括生存分析、移植效果分析(血象改变、骨髓细胞恢复及嵌合分析等)和移植物抗宿主病(GVHD)检测,最终评估MSCs干预对各实验组异基因造血干/祖细胞移植植入率的影响效果。结果: 与对照组(实验组4、5、6)比较,MSCs干预(实验组1、2、3)在2次异基因脾细胞注射法致敏的动物模型进行异基因造血干/祖细胞移植时,未能促进骨髓造血干/祖细胞移植的植入,也未能延长致敏动物移植后的生存时间。结论: 体内应用1×10⁶ MSCs干预,未能促进2次异基因1×10⁶ C57BL/6小鼠脾细胞输注法建立的重度致敏模型异基因造血干/祖细胞移植的植入。     

Effects of Polygonatum sibiricum polysaccharide on the osteogenic differentiation of bone mesenchymal stem cells in mice

Polygonatum sibiricum polysaccharide (PSP) is a traditional Chinese medicine and is widely used to treat many diseases for hundreds of years conventionally. This study was to access the effects of PSP on the osteogenic differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) in the mice. Cells collected from BALB/C mice in the bone marrow were isolated and cultured with osteogenic medium (OM) with different concentrations of PSP. The proliferation and morphological changes of BMSCs were observed using an inverted microscope. Flow cytometric analysis was used to identify the BMSCs. MTT test was performed to analyze the proliferation and viability of the cells. ELISA was used to determine the expression levels of alkaline phosphatase (ALP), osteocalcin (OC), N-terminal propeptide of type I procollagen (PINP) and bone morphogenetic protein-2 (BMP-2). Immunocytochemistry and western blot were respectively used to determine the expressions of bone sialoprotein (BSP) and SPARC/osteonectin (OSN). The growth curves of the proliferation and differentiation of the Control, OM, 17β-E₂ and PSP groups were increased. Compared to the Control and OM groups, the expression levels of ALP, OC, PINP and BMP-2 were significantly increased in the PSP induced group (P<0.05). Immunocytochemistry and western blot showed that BSP and SPARC were increased after induction of PSP compared to the OM group (P<0.05). The study demonstrates that PSP promotes the proliferation and enhances the viability of BMSCs during osteogenic differentiation. Therefore, PSP may be a potential treatment of osteoporosis in the clinic.     

脂多糖干预卵巢切除小鼠骨髓间充质干细胞的成骨分化能力

背景：骨平衡被打破造成的绝经后骨质疏松往往是由炎症因子的升高造成的,在牙周组织中,炎症致病菌可产生破坏宿主组织的毒性因子,如脂多糖、菌毛、凝集素等。 目的：通过建立卵巢切除小鼠骨质疏松的模型,观察脂多糖刺激下骨髓间充质干细胞成骨分化能力的改变,初步探讨雌激素缺乏患者易患牙周炎的细胞分子生物学机制,为绝经后妇女牙周炎的防治提供实验基础。 方法：30只雌性昆明小鼠随机均分为卵巢切除组和对照组。取两组小鼠的骨髓间充质干细胞进行成骨诱导,同时加入不同质量浓度脂多糖(0,10,100 μg/L)刺激,检测碱性磷酸酶染色、茜素红染色以及碱性磷酸酶活性;RT-PCR之后检测成骨相关分子Runx2、Ocn、Alp的表达。 结果与结论：成骨诱导7 d后可表达碱性磷酸酶,21 d后茜素红染色阳性,可形成矿化结节。检测发现成骨相关分子Ocn、Runx2、Alp的mRNA在成骨诱导后均有表达;3种目的基因在100 μg/L脂多糖作用下表达显著下降(P < 0.05),卵巢切除小鼠骨髓间充质干细胞在脂多糖作用下3种基因表达较对照组下降显著(P < 0.05)。卵巢切除小鼠骨髓间充质干细胞的成骨分化能力下降;脂多糖使骨髓间充质干细胞的成骨分化能力下降,卵巢切除组小鼠骨髓间充质干细胞成骨分化能力在脂多糖作用下明显减弱,这可能是雌激素缺乏导致牙周炎易感性增加的细胞分子学机制之一。中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞;骨髓干细胞;造血干细胞;脂肪干细胞;肿瘤干细胞;胚胎干细胞;脐带脐血干细胞;干细胞诱导;干细胞分化;组织工程全文链接：     

米醇溶蛋白及壳聚糖共混合膜对骨髓间充质干细胞成骨分化的影响

BACKGROUND: Some scholars have prepared zein/chitosan composite membrane based on blending methods, and preliminary evaluation of its physical and chemical properties shows that chitosan partly improves the mechanical properties and hydrophilic properties of zein. Therefore, zein/chitosan composite membrane presumably has good cytocompatibility, which is beneficial to osteogenic differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells.