成人骨髓间充质干细胞培养条件优化及多向分化的能力

背景:成人骨髓中间充质干细胞数量少,要使其能够更好地应用于组织工程和细胞治疗,就必须建立成熟、简便、有效的分离培养扩增体系。目的:建立成人骨髓间充质干细胞最佳培养方法,并观察诱导其向成脂肪、成骨及软骨细胞分化结果。方法:分别采用密度梯度离心法和全骨髓培养法,分离培养成人骨髓间充质干细胞,通过光镜观察细胞形态,绘制生长曲线比较不同培养方法对骨髓间充质干细胞的影响;免疫荧光法鉴定表面抗原CD34、CD44和CD105的表达。不同诱导培养基诱导成人骨髓间充质干细胞,采用油红O、茜素红染色以及阿利新蓝染色检测成脂、成骨和成软骨诱导情况。结果与结论:全骨髓培获得的骨髓间充质干细胞,其增殖能力和生长特性明显优于密度梯度离心法;细胞表面抗原CD44、CD105强阳性,CD34阴性;经过诱导培养,油红O、茜素红染色以及阿利新蓝染色均为阳性,证明全骨髓培养法获得细胞具有更强的生长增殖能力,并具有向脂肪,骨和软骨等组织多向分化的潜能。     

大鼠骨髓间充质干细胞体外增殖与多向分化的能力

背景:生理条件下机体内多数骨髓间充质干细胞增殖并不明显,然而在一定刺激下可表现出旺盛的有丝分裂活动,具有很强的增殖倍增能力,且体外实验表明其具有多向分化潜能。目的:进一步验证体外分离培养的大鼠骨髓间充质干细胞生长增殖与多向分化潜能。方法:全骨髓法体外分离培养大鼠骨髓间充质干细胞,贴壁筛选法进行纯化,倒置相差显微镜下观察细胞形态及生长特征,MTT法绘制细胞生长曲线,免疫组化法对细胞表面干细胞标志CD44进行鉴定。取传至第4代细胞,分别用成骨、成软骨、成脂肪和成神经诱导剂予以培养,通过碱性磷酸酶染色、Ⅱ型胶原免疫组化染色、油红O染色、NeuN抗体免疫组化染色进行分化能力鉴定。结果与结论:分离培养的细胞呈长梭形或多边形,细胞生长曲线呈S形,群体倍增时间约为31h,免疫细胞化学染色后CD44呈阳性表达,CD34呈阴性。第4代骨髓间充质干细胞成骨诱导2周后出现钙盐沉积,成软骨诱导培养2周后Ⅱ型胶原检测呈阳性,成脂肪诱导培养2周后在细胞的胞浆内充满大量红色脂肪滴,成神经诱导6h后细胞出现突起,类似神经元的轴突和树突纤维,NeuN免疫组化染色呈阳性。表明体外培养的大鼠骨髓间充质干细胞生长增殖能力旺盛,可向成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞、神经元样细胞方向分化。     

全骨髓贴壁法获取组织工程髓核种子细胞的相关研究*

目的明确兔骨髓间充质干细胞的分化能力及分化条件,以TGF-β3和BMP-7诱导兔骨髓间充质干细胞向类髓核细胞分化,为组织工程髓核的构建提供良好的种子细胞。方法利用全骨髓贴壁法分离获取兔骨髓间充质干细胞,并对细胞进行培养和传代,以特定的环境及细胞诱导液进行诱导,促使其向特定的中胚层细胞分化。再将细胞分为四组,A:空白对照组,B:BMP-7诱导组,C:TGF-β3诱导组,D:TGF-β3与BMP-7共同诱导组,诱导21天后对蛋白聚糖、Ⅰ型胶原、Ⅱ型胶原、Ⅹ型胶原和SOX9基因进行realtime-PCR检测。结果全骨髓贴壁法分离获得的原代兔骨髓间充质干细胞生长良好,2周后显微镜下观察细胞间形态较为一致,成纺锤形。细胞传代后生长良好。细胞表面表达CD29、CD105、CD166表面标记物。在成骨诱导培养液、成软骨诱导培养液和脂肪诱导培养液的诱导下,培养21天后,通过特定染色发现兔骨髓间充质干细胞向预定方向分化生长。以TGF-β3和BMP-7生长因子诱导21天后,蛋白聚糖、Ⅱ型胶原和SOX9基因表达C组和D组明显高于A组和B组(P0.05),X型胶原表达A组和B组明显高于C组和D组(P0.05),Ⅰ型胶原表达四组之间无明显差异。结论全骨髓贴壁法可以成功分离获得状态良好的兔骨髓间充质干细胞,在成骨诱导培养液、成软骨诱导培养液和脂肪诱导培养液的诱导下,兔骨髓间充质干细胞可向预定的方向分化且生长良好。TGF-β3和BMP-7诱导兔骨髓间充质干细胞后可明显提高其类髓核细胞具有的下游基因表达水平。     

人Muse细胞体外诱导为神经前体细胞的研究

探讨成人骨髓来源的Muse细胞体外诱导为神经前体细胞的技术方法。从健康成人骨髓中分离出骨髓基质细胞（hBMSCs）,利用流式细胞分选技术从中筛选出Muse细胞,采取免疫荧光细胞化学染色和qPCR技术鉴定Muse细胞的多能干细胞特性;通过神经诱导培养基体外诱导Muse细胞分化为神经前体细胞（Muse-NPCs）,采用免疫荧光细胞化学染色和qPCR技术鉴定其神经干细胞标志物表达情况。从hBMSCs中分选出约0.58%的Muse细胞,Muse细胞表达多能干细胞标志物SSEA-3、Nanog和Oct4,其mRNA表达水平均高于hBMSCs（P＜0.01）;诱导后的Muse-NPCs表达神经干细胞标志物Nestin、βIII-tubulin,其mRNA表达水平均高于hBMSCs及Muse 细胞（P＜0.01）。从成人骨髓中成功分离出具有多能干细胞特性的Muse细胞,用体外诱导形成Muse-NPCs,可为今后细胞治疗修复神经损伤提供新的种子细胞。     

与软骨细胞共培养和条件培养液诱导骨髓间充质干细胞向软骨细胞分化的比较

背景：骨髓间充质干细胞体外转化很大程度上依赖于合适的培养条件。 目的：比较与软骨细胞共培养和条件培养液2种不同的诱导方案诱导骨髓间充质干细胞向软骨细胞分化的特点。 方法：分离培养大鼠骨髓间充质干细胞和耳软骨细胞,采用骨髓间充质干细胞与软骨细胞共培养及条件培养液诱导成软骨的方法,诱导骨髓间充质干细胞向软骨细胞分化。以MTT法及流式细胞仪检测细胞活性及周期,糖胺多糖、甲苯胺蓝以及免疫组化染色检测细胞生物学特性,以RT-PCR法检测诱导后的软骨细胞Ⅱ型胶原RNA表达情况。 结果与结论：采用共培养方式诱导的软骨细胞,其生物学特性与采用条件培养液诱导的软骨细胞相比,前者优于后者,如分泌糖胺多糖的能力以及基质分泌量均较高。提示共培养方式诱导的软骨细胞更接近正常软骨细胞,更有利于作为组织工程软骨的种子细胞。     

音猬因子诱导恒河猴间充质干细胞向神经样细胞的分化

背景:骨髓间充质干细胞诱导分化为神经细胞,是神经系统疾病细胞治疗的有效手段,但目前的时效尚不完善。目的:应用神经发育音猬因子诱导恒河猴骨髓间充质干细胞向神经样细胞分化。方法:应用经典的维甲酸方案与音猬因子方案两种方法诱导恒河猴骨髓间充质干细胞分化为神经样细胞,采用密度梯度离心法分离培养恒河猴骨髓间充质干细胞,倒置相差显微镜观察生长情况,MTT法测定细胞生长曲线,流式细胞仪鉴定细胞表型,免疫组织化学鉴定分化细胞标志,透射电镜和扫描电镜观察分化细胞超微结构。结果与结论:体外分离培养的恒河猴骨髓间充质干细胞,经流式细胞仪表型鉴定,具有较高均一性。通过音猬因子诱导方案诱导处理7d后,分化细胞多数表现为NSE、NF-M、Tau和Nestin染色阳性,经图像统计分析发现经音猬因子诱导方案神经干细胞标志物Nestin阳性率显著高于维甲酸诱导方案(P0.01),另一方面经维甲酸诱导方案诱导的细胞表现GFAP阳性率高于音猬因子诱导方案,差异具有显著性意义(P0.05)。提示音猬因子诱导方案是一种诱导恒河猴骨髓间充质干细胞向神经样细胞分化的有效途径。     

聚乳酸-聚乙醇酸共聚物复合心肌样细胞体外构建工程化心肌组织

背景:研究证实,在一定的诱导条件下,骨髓间充质干细胞可能向心肌细胞等多种中胚层来源的间质细胞分化。目的:探索以聚乳酸-聚乙醇酸共聚物为支架、骨髓间充质干细胞诱导分化的心肌样细胞为种子细胞,体外构建工程化心肌组织的可行性。方法:分离SD大鼠骨髓间充质干细胞,取第3代骨髓间充质干细胞加入含5-氮胞苷的培养液进行诱导分化,培养4周。将诱导成功后的细胞制成细胞悬液,缓慢滴注于预先制备好的聚乳酸-聚乙醇酸共聚物上,培养14d。以倒置相差显微镜观察诱导前后细胞的形态学变化,免疫荧光染色法鉴定诱导后骨髓间充质干细胞中心肌特异性肌钙蛋白Ⅰ的表达,大体观察工程化心肌组织在培养期间的形态,透射电镜观察工程化心肌组织的超微结构。结果与结论:原代培养的骨髓间充质干细胞14d形成集落,传代细胞体积变大,5-氮胞苷诱导后细胞呈长梭形,呈一致性生长。免疫荧光染色结果显示诱导后骨髓间充质干细胞表达心肌特异性肌钙蛋白Ⅰ。透射电镜可见肌丝、Z线样物质。结果证实,以聚乳酸-聚乙醇酸共聚物为支架、骨髓间充质干细胞诱导分化的心肌样细胞为种子细胞,可于体外构建出类似天然心肌的工程化心肌组织。     

豚鼠骨髓间充质干细胞的分离培养及成骨诱导

背景：利用骨髓间充质干细胞的取材灵活性及快捷性,对已掌握的培养技术及成骨诱导进一步探索性研究。 目的：通过建立豚鼠骨髓间充质干细胞的体外分离培养法,探讨豚鼠骨髓间充质干细胞表型特征以及多项分化潜能。 方法：利用贴壁培养法分离纯化豚鼠骨髓间充质干细胞,传代扩增,流式细胞分析检测细胞表面分子CD29、CD44、CD45的表达。分别采用成骨诱导培养液和成脂诱导培养液定向诱导骨髓间充质干细胞向脂肪细胞、成骨细胞分化。 结果与结论：原代分离的骨髓间充质干细胞在接种后96 h贴壁,细胞形态为椭圆形,多角形及短梭形,8 d时细胞呈长梭形并达到90%单层融合。经传代扩增,细胞进一步纯化,细胞形态为均一的长梭形并呈漩涡状排列,而且生长速率加快。流式细胞检测 CD29、CD44阳性率分别为95.7%和65.7%。不同诱导剂定向诱导后,经油红O、茜素红S、碱性磷酸酶染色、免疫组织化学Ι型胶原酶鉴定,P3代骨髓间充质干细胞分别向脂肪细胞及成骨细胞分化。结果表明,通过贴壁筛选方法,体外分离培养的豚鼠骨髓间充质干细胞具有很强的增殖能力,并保持稳定的表型特征及多向分化潜能。     

骨髓间充质干细胞向软骨细胞分化过程中miR130α的表达

目的诱导骨髓间充质干细胞向软骨细胞分化,初步探索miR130a在骨髓间充质干细胞向软骨细胞分化过程中的调控作用。方法体外TGF-β1诱导骨髓间充质干细胞向软骨细胞分化,免疫荧光法和免疫组化染色鉴定Ⅱ型胶原,阿辛兰染色鉴定氨基葡聚糖。用Real-time PCR法检测细胞miR130a的表达。结果骨髓间充质干细胞在TGF-β1诱导下可分化为软骨细胞。培养7 d后,诱导培养组细胞miR130a表达的水平显著低于培养前的水平(P<0.05)。结论骨髓间充质干细胞体外诱导可以分化为软骨细胞,在向软骨细胞分化的早期,miR130a表达降低伴随着软骨细胞的分化,提示与软骨形成的过程有关。     

骨髓间充质干细胞向神经细胞分化后免疫原性研究

目的:通过体外天麻诱导人骨髓间充质干细胞(Human mesenchymal stem cells,hMSCs)向神经元样细胞分化,验证其多能分化特性,检测分化后细胞的免疫原性.方法:通过贴壁法分离hMSCs,体外扩增培养.天麻定向诱导分化为神经元样细胞.光镜下观察细胞形态,免疫细胞化学检测神经细胞特异性抗原标志物神经元烯醇化酶(NSE)、巢蛋白(Nestin)、胶质纤维酸性蛋白(GFAP)的表达.流式细胞术(FCM)检测分化后细胞HLA-DR表达,用单向混合淋巴细胞反应(MLR)的方法检测神经细胞分化的hMSCs是否引起人外周血淋巴细胞增殖反应(Human peripheral blood lymphocytes,hPBLs).结果:hMSCs可通过贴壁法成功分离并可在体外大量扩增.天麻诱导3小时后大部分hMSCs转变为神经元样细胞,出现胞体和突起.免疫细胞化学染色NSE及Nestin呈阳性,GFAP阴性.流式细胞术显示hMSCs向神经细胞分化后HLA-DR表达阴性,混合培养结果也显示分化hMSCs不引起hPBLs增殖反应.结论:天麻可在体外诱导hMSCs分化为神经元样细胞,分化hMSCs不引起人淋巴细胞增殖反应,具有低免疫原性.     

放射抑制小鼠骨髓间充质干细胞成骨潜能并导致骨损伤

目的 观察放射对小鼠骨髓间充质干细胞(BMMSCs)体外成骨潜能及体内骨组织的影响.方法 分离、培养正常的及接受4Gy放射后28d的小鼠BMMSCs,用碱性磷酸酶(ALP)和Von Kossa染色法鉴定BMMSCs体外成骨分化潜能的改变,并通过骨组织形态学和骨密度(BMD)检测放射后小鼠体内骨组织的相关变化.结果 4Gy照射28d后小鼠BMMSCs的成骨潜能明显降低,同时体内骨组织结构破坏,小鼠骨密度降低.结论 放射损伤后小鼠BMMSCs的成骨潜能显著降低,可能在干细胞水平参与了放射后骨损伤的发生.     

Synovial stem cells and their responses to the porosity of microfibrous scaffold

Tissue-specific stem cells can be coaxed or harvested for tissue regeneration. In this study, we identified and characterized a new type of stem cells from the synovial membrane of knee joint, named neural crest cell-like synovial stem cells (NCCL-SSCs). NCCL-SSCs showed the characteristics of neural crest stem cells: they expressed markers such as Sox10, Sox17 and S100β, were clonable, and could differentiate into neural lineages as well as mesenchymal lineages, although NCCL-SSCs were not derived from neural crest during the development. When treated with transforming growth factor β1 (TGF-β1), NCCL-SSCs differentiated into mesenchymal stem cells (MSCs), lost the expression of Sox17 and the differentiation potential into neural lineages, but retained the potential of differentiating into mesenchymal lineages. To determine the responses of NCCL-SSCs to microfibrous scaffolds for tissue engineering, electrospun composite scaffolds with various porosities were fabricated by co-electrospinning of structural and sacrificial microfibers. The increase in the porosity in microfibrous scaffolds enhanced cell infiltration in vitro and in vivo, but did not affect the morphology and the proliferation of NCCL-SSCs. Interestingly, microfibrous scaffolds with higher porosity increased the expression of chondrogenic and osteogenic genes but suppressed smooth muscle and adipogenic genes. These results suggest that the differentiation of NCCL-SSCs can be controlled by both soluble chemical factors and biophysical factors such as the porosity of the scaffold. Engineering both NCCL-SSCs and scaffolds will have tremendous potential for tissue regeneration.     

毛囊培养上清液诱导大鼠骨髓间充质干细胞分化的研究

目的探讨毛囊培养上清液诱导体外培养的大鼠骨髓间充质干细胞(MSCs)向毛囊干细胞横向分化的潜能。方法采用完全贴壁法分离培养大鼠MSCs,取第3代MSCs,用免疫细胞化学染色技术鉴定CD44和CD29。用毛囊培养上清液为条件培养液诱导MSCs,倒置相差显微镜观察细胞形态学变化,对诱导后的细胞进行角蛋白15的免疫细胞化学染色和免疫荧光细胞化学染色,逆转录-聚合酶链反应(RT-PCR)进一步鉴定诱导后细胞角蛋白15的表达。结果体外培养的MSCs,CD44、CD29表达阳性。经毛囊上清液诱导后,免疫细胞化学、免疫荧光细胞化学染色鉴定,部分细胞角蛋白15表达阳性;同时RT-PCR也检测到keratin 15 mRNA的表达。结论体外培养的骨髓间充质干细胞经毛囊培养上清液诱导可以分化为毛囊干细胞样的细胞。     

体外扩增过程中人骨髓间充质干细胞的增殖与分化规律

目的：系统考察体外扩增过程中人骨髓间充质干细胞（MSC）的增殖与分化规律，为MSC任组织修复以及细胞治疗中的应用提供参考、方法：以全骨髓贴壁法分离成人肋骨骨髓MSC，在相同条件下分别考察各代细胞形态、生长、表面标记、细胞周期、成骨、成软骨及成脂肪能力的变化情况。结果：随代次增加，MSC增殖能力、成骨、成脂肪能力均有所下降，而成软骨能力无明显降低；成骨、成软骨及成脂肪能乃均保持到细胞衰老。存扩增过程中，MSC始终保持较高的纯度，CD29、CD44、CD105的阳性率均在90％以上，CD14、CD34和CD45的阳性率均在4％以下、结论：在体外培养过程中MSC干细胞特性逐渐丢失，其中向骨、脂肪方向的分化潜能较软骨方向更易失去；而多向分化能力的保持较之自我更新能力更为持久。MSC在7代以前可作为基础研究及临床应用的良好对象。     

兔肋软骨膜和肋软骨来源的间充质干细胞的比较

目的 探讨从兔肋软骨膜和肋软骨中分别提取间充质干细胞的方法以及两者间的比较. 方法 取3～4周新西兰大白兔,共20只.酶消化及贴壁培养法分别获取软骨膜细胞和软骨细胞,体外培养观察其生长、形态、表型特征及其诱导成骨、成脂的分化潜能. 结果 从肋软骨膜中分离的原代细胞聚集成团,多为圆形和多边形;从第2代开始细胞以梭形为主,呈漩涡状排列,已传至第15代.从肋软骨中分离的原代细胞连接成片,以铺路石形态为主,第2代和第3代细胞逐渐转变成梭形;但第5代出现细胞老化,只传至第6代.免疫细胞化学染色发现,两种原代细胞均不表达CD29、CD90和CD34,从第2代开始均表达CD29、CD90,仍不表达CD34.原代软骨细胞表达Ⅱ型胶原,第2代细胞弱表达,第3代细胞开始不表达Ⅱ型胶原;而软骨膜细胞不表达Ⅱ型胶原.两种来源的第3代细胞经诱导均可分化为成骨细胞或者脂肪细胞. 结论 从兔肋软骨膜和软骨中均可获得干细胞.软骨细胞在体外可去分化成为干细胞.但软骨膜来源的干细胞的生长明显优于软骨来源的干细胞.     

The performance of human mesenchymal stem cells encapsulated in cell-degradable polymer-peptide hydrogels

Thiol-ene photopolymerization offers a unique platform for the formation of peptide-functionalized poly(ethylene glycol) hydrogels and the encapsulation, culture and differentiation of cells. Specifically, this photoinitiated polymerization scheme occurs at neutral pH and can be controlled both spatially and temporally. Here, we have encapsulated human mesenchymal stem cells (hMSCs) in matrix metalloproteinase (MMP) degradable and cell-adhesive hydrogels using thiol-ene photopolymerization. We find that hMSCs survive equally well in this system, regardless of MMP-degradability. When hMSCs are encapsulated in these cell-degradable hydrogels, they survive and are able to proliferate. In classic hMSC differentiation medias, hMSCs locally remodel their microenvironment and take on characteristic morphologies; hMSCs cultured in growth or osteogenic differentiation media are less round, as measured by elliptical form factor, and are smaller than hMSCs cultured in chondrogenic or adipogenic differentiation media. In addition, hMSCs encapsulated in completely cell-degradable hydrogels and cultured in osteogenic, chondrogenic, or adipogenic differentiation media generally express increased levels of specific differentiation markers as compared to cells in hydrogels that are not cell-degradable. These studies demonstrate the ability to culture and differentiate hMSCs in MMP-degradable hydrogels polymerized via a thiol-ene reaction scheme and that increased cell-mediated hydrogel degradability facilitates directed differentiation of hMSCs.     

Silk ionomers for encapsulation and differentiation of human MSCs

The response of human bone marrow derived human mesenchymal stem cells (hMSCs) encapsulated in silk ionomer hydrogels was studied. Silk aqueous solutions with silk-poly-l-lysine or silk-poly-l-glutamate were formed into hydrogels via ultrasonication in situ with different net charges. hMSCs were encapsulated within the hydrogels and the impact of matrix charge was assessed over weeks in osteogenic, adipogenic and maintenance growth media. These modified silk charged polymers supported cell viability and proliferative potential, and the hMSCs were able to differentiate toward osteogenic or adipogenic lineages in the corresponding differentiation media. The silk/silk-poly-l-lysine hydrogels exhibited a positive effect on selective osteogenesis of hMSCs, inducing differentiation toward an osteogenic lineage even in the absence of osteogenic supplements, while also inhibiting adipogenesis. In contrast, silk/silk fibroin-poly-l-glutamate hydrogels supported both osteogenic and adipogenic differentiation of hMSCs when cultured under induction conditions. The results demonstrate the potential utility of silk-based ionomers in gel formats for hMSCs encapsulation and for directing hMSCs long term functional differentiation toward specific lineages.     

小鼠胚胎干细胞来源的神经干细胞的稳定传代体系探索

目的探讨体外诱导、获取均一的神经干细胞群(NSCs)的有效方法,并建立神经干细胞体外稳定传代扩增体系。方法首先采用无血清的诱导培养基贴壁诱导mESCs形成神经上皮祖细胞(NPCs)。然后将经添加表皮生长因子(EGF)和成纤维细胞生长因子-2(FGF2)的无血清培养基短暂悬浮培养后的NPCs再贴壁培养,诱导形成NSCs。通过细胞系46C监测NPCs的形成,同时对分化细胞进行定量PCR和免疫荧光染色,在不同水平检测细胞分化效果。结果 mESCs神经诱导5 d出现大量Sox1+的NPCs;NPCs悬浮培养后,进一步诱导可得到形态均一的NSCs。第2代和第6代NSCs的神经干细胞标志定量PCR检测结果为:Pax6、Nestin、Mash1、BLBP高表达。第8代NSCs免疫荧光染色显示90%以上的细胞均为Nestin、RC2和Pax6阳性。结论成功诱导mESC生成神经干细胞群,并且可以在体外连续稳定的传代。     

间充质干细胞体外成骨及成脂肪分化中sortilin基因表达的研究

目的:研究间充质干细胞(MSC)体外成骨、成脂肪分化时sortilin基因表达变化。方法:从骨髓中分离培养人间充质干细胞,流式细胞术鉴定其表型,加入成骨和成脂肪诱导剂,RT-PCR检测成骨标志骨桥蛋白(Op)和成脂肪标志脂蛋白脂肪酶(LpL)表达,半定量RT-PCR分析sortilin基因随诱导时间的表达变化。结果:①体外分离培养的人间充质干细胞能向成骨细胞和脂肪细胞分化,分别表达Op和LpL。②在体外成骨分化过程中,sortilin基因表达第1d开始上调,持续约1周后恢复至原水平;在培养3d时,sortilin基因表达明显上调,与未诱导组相比,差异明显(P＜0.01)。③体外成脂肪分化时,sortilin基因表达无明显的改变(P＞0.05)。结论:sortilin基因可能参与间充质干细胞成骨分化的调节,而与成脂肪分化无关,通过调控sortilin基因的表达,有可能为成骨障碍性疾病的治疗,提供新的思想和策略。