人骨髓间充质干细胞的衰老机制及其“永生化”技术

背景：人类骨髓间充质干细胞由于其自身特性,被认为是最有潜力修复坏死心肌的干细胞,并已成为心肌组织工程研究的热点。目的：回顾分析人类骨髓间充质干细胞的衰老机制及根据这些机制建立的人类骨髓间充质干细胞永生化方法。方法：由第一作者检索1990/2010 PubMed数据库、万方数据库及Springer、Science Direct数据库有关骨髓间充质干细胞衰老机制及其永生化方法等方面的文献。结果与结论：骨髓间充质干细胞在体外培养传代过程中存在着细胞老化、干细胞样特征丢失的现象,阻碍了其在临床的广泛应用。通过对p53-p21及p16-pRb等信号通路细胞衰老分子机制的深入了解,研究者们试图建立永生化的骨髓间充质干细胞,包括将HPV16 E6E7蛋白的基因转入人骨髓间充质干细胞建立的KP细胞系,或将端粒末端转移酶反转录酶的片段phTERT-IRES2-EGFP转染入KP细胞,建立3A6细胞系等方法,均在一定程度上延长了骨髓间充质干细胞寿命。但由于利用病毒载体进行基因转染方法带来的基因重组和插入突变等风险及细胞的固有抗病毒反应导致转染成功率较低,因而大量研究集中在了寻找非基因干涉方法上,建立标准化的永生化骨髓间充质干细胞的方法有待进一步研究。     

腺病毒介导血管内皮生长因子基因转染大鼠骨髓间充质干细胞移植梗死心肌的血管再生

背景：骨髓间充质干细胞的存活率与良好的血液供应关系密切，在移植早期其自身所分泌产生的促血管生长因子不足以刺激血管新生而容易导致移植的细胞死亡。目的：观察骨髓间充质干细胞移植联合血管内皮生长因子基因转染对大鼠梗死心肌组织修复重建、血管再生的影响。设计、时间及地点：随机分组设计的细胞基因工程实验，于2006-01／2007-12在中山大学第二附属医院医学研究中心完成。材料：选取具有相同遗传背景的雄性SD大鼠40只建立急性心肌梗死模型，6~8周龄．体质量250～300g。方法：体外分离、培养、纯化SD大鼠骨髓间充质干细胞，以BrdU标记骨髓间充质干细胞。腺病毒介导血管内皮生长因子基因转染骨髓间充质干细胞。将造模后大鼠随机分为4组．每组10只：基因转染骨髓间充质干细胞组，梗死心肌内注射体外转染腺病毒介导血管内皮生长因子的骨髓间充质干细胞；骨髓间充质干细胞组，梗死心肌内注射骨髓间充质干细胞；基因转染组，注射腺病毒介导的血管内皮生长因子；对照组，注射无血清IMDN培养液。主要观察指标：移植4周后观察移植细胞分化和新生血管的形成，并通过超声多普勒检测心功能变化。结果：细胞移植4周后，基因转染骨髓间充质干细胞组、骨髓间充质干细胞组移植区移植细胞表现为心肌肌钙蛋白T染色阳性，细胞呈肌样细胞形态，并且两组心功能都较移植前有明显改善，基因转染骨髓间充质干细胞组改善程度优于骨髓间充质干细胞组。部分BrdU染色阳性的细胞可以分化成为内皮细胞，参与构成了梗死区域新生毛细血管，相对于单纯细胞移植与细胞因子移植，细胞移植结合血管内皮生长因子基因转染促进毛细血管新生更明显。结论：骨髓间充质干细胞移植联合血管内皮生长因子基因转染可以通过促进心肌再生和新生血管的形成来重建缺血心肌，明显改善心功能。     

小分子干扰RNA介导RhoA沉默优化骨髓间充质干细胞的培养

背景:以往骨髓间充质干细胞的培养方法存在衰老和分化率低等问题.目的:检测是否可以通过沉默RhoA基因的方法优化骨髓间充质干细胞培养.方法:体外培养SD大鼠骨髓间充质干细胞,经小分子干扰RNA转染以沉默RhoA基因表达,分为3组培养:干细胞组(未转染小分子干扰RNA)、经随机打乱顺序的小分子干扰RNA 转染干细胞组、经小分子干扰RNA 转染的干细胞组.用RT-PCR,Western blot检测骨髓间充质干细胞在转染前后RhoA基因和蛋白的表达.应用细胞生长曲线、MTT比色法观察细胞生长的优化作用,采用流式细胞术测定细胞周期分布的变化.结果与结论:与干细胞组、经随机打乱顺序的小分子干扰RNA 转染干细胞组比较,经小分子干扰RNA 转染的干细胞组RhoA基因和蛋白表达量明显降低(P < 0.05),细胞的生长速度明显增快,细胞周期G0/G1期减少,S期细胞数增多(P < 0.05).说明通过沉默RhoA基因的方法可以促进骨髓间充质干细胞增殖,优化培养方法.     

转基因骨髓间充质干细胞移植与组织工程皮肤的血管化

背景:组织工程化皮肤移植后常因缺乏足够的血管化而导致低灌注和缺血损伤.利用转基因技术,可将血管生成调控因子摹因导入目的细胞,使其表达某些调控因子,进而利于血管生成.目的:观察转基因骨髓间充质干细胞移植促进组织工程皮肤血管化基因治疗的可行性.设计、时间及地点:随机对照动物实验,于2008-03/11在江西省南昌大学第一附属医院烧伤研究所完成.材料:人骨髓间充质干细胞由试验者取自临床骨髓穿刺检查骨髓正常的患者.pShuttle-CMV/VEGF165质粒转化大肠杆菌菌种由武汉协和医院郜勇博士惠赠.16只新西兰大白兔用于皮肤缺损模型的制作,分为基因转染骨髓间充质干细胞组、骨髓间充质干细胞组、真皮支架材料组进行移植.方法:采用密度梯度离心结合贴壁法分离培养入骨髓间充质干细胞,以pShuttle-CMV/VEGF165质粒转染骨髓间充质干细胞.于兔背部两侧制备2 cm×2 cm的正方形全层皮肤缺损3个,并分别以人血管内皮细胞生长因子165转染骨髓间充质干细胞、骨髓间充质干细胞、不含细胞的真皮支架材料植入全层皮肤缺损创面.主要观察指标:观察局部组织微血管密度变化及移植物成活率.结果:术后7 d,3组创口周围皮肤均无明显红肿及炎症反应,移植物与创面接触紧密,基因转染骨髓间充质干细胞组、骨髓间充质干细胞组可见部分真皮泛红,真皮支架材料组不明显,术后3周创面基本愈合,基因转染骨髓间充质干细胞组创面的毛细血管密度较骨髓间充质干细胞组、真皮支架材料组明显增高(P<0.01),14 d时3组中基因转染骨髓间充质干细胞组血管密度仍最高,但3组数据无统计学差异.术后二三周基因转染骨髓间充质干细胞组移植物成活率最高(P<0.01).结论:血管内皮细胞生长因子转染骨髓间充质干细胞移植可改善和促进局部血管再生,促使新的毛细血管从创面长入移植的组织工程皮肤,从而促进组织工程皮肤的早期血管化及创面愈合.     

白细胞介素12重组腺病毒质粒转染骨髓间充质干细胞

背景:有研究表明,骨髓间充质干细胞易于外源基因的导入和表达,且具有较弱的免疫抗原性和免疫调节功能,强大的迁移力和趋瘤性,因而逐渐显露其具有作为抗肿瘤基因治疗负载体系的优越性.目的:拟应用白细胞介素12重组腺病毒质粒AdEasy-R细胞介素12转染骨髓间充质干细胞,构建表达外源性白细胞介素12的骨髓间充质干细胞.设计、时间及地点:以细胞为对象的开放性实验,于2008-06在辽宁医学院实验中心及中国医科大学实验中心完成.材料:原代骨髓间充质干细胞由辽宁医学院外科学实验室构建,白细胞介素12重组腺病毒载体AdlL-12由辽宁医学院分子生物学实验室构建.方法:分离培养SD大鼠骨髓间允质干细胞,免疫组织化学及流式细胞技术鉴定细胞表面标志物,应用腺病毒介导白细胞介素12基因转染大鼠骨髓间充质干细胞.主要观察指标:以反转录聚合酶链反应及Western Blotting技术检测转染后的骨髓间充质干细胞的白细胞介素12基因mRNA及蛋白表达. 结果:腺病毒介导白细胞介素12基因转染骨髓间充质干细胞后,通过反转录-聚合酶链反应及Westem Blotting技术检测,结果证实白细胞介素12基因在mRNA及蛋白水平均有表达,而未经转染的骨髓间充质干细胞内无白细胞介素12基因及蛋白表达.结论:应用白细胞介素12重组腺病毒质粒成功构建了在mRNA及蛋白水平表达外源性白细胞介素12基因的骨髓间充质干细胞.     

肾上腺髓质素基因转染改善缺氧培养骨髓间充质干细胞的抗凋亡能力

背景:基因转染可以提高骨髓间充质干细胞在移植区的存活,但目前对肾上腺髓质素基因转染骨髓间充质干细胞在缺氧条件下增殖、凋亡及分泌情况的研究很少.目的:观察肾上腺髓质素基因转染对骨髓间充质干细胞在缺氧及无血清培养条件下增殖、凋亡、分泌血管内皮生长因子的影响.方法:贴壁法体外分离、扩增培养大鼠骨髓间充质干细胞.用x-gal染色测含肾上腺髓质素基因的重组腺病毒Ad-ADM对骨髓间充质干细胞的感染率.骨髓间充质干细胞分为未转染组、空载体组、Ad-ADM转染组.在缺氧、无血清条件下进行骨髓间充质干细胞的培养,在缺氧0,3,6,9,12,16,20,24 h CCK-8法检测细胞增殖情况,ELISA法检测检测细胞上清液肾上腺髓质素及血管内皮生长因子表达,TUNEL法检测细胞凋亡情况.结果与结论:重组腺病毒对骨髓间充质干细胞的转染率与病毒感染复数具有量效关系,病毒感染复数为150时细胞的感染率达95.4%.缺氧、无血清培养条件下,3组骨髓间充质干细胞均出现生长抑制、凋亡增加,但是肾上腺髓质素基因转染组于0,3,6,9,12,16 h细胞凋亡率显著低于其他两组(P﹤0.05).缺氧 9,12 h,骨髓间充质干细胞分泌肾上腺髓质素及血管内皮生长因子达到高峰,且Ad-ADM转染组显著增高于其他两组(P﹤0.05).提示在缺氧、无血清培养条件下 (<20 h),肾上腺髓质素基因转染可增强骨髓间充质干细胞抗凋亡能力,这可能与肾上腺髓质素、血管内皮生长因子表达增加有关.     

软骨源形态发生蛋白基因转染自体骨髓间充质细胞修复关节软骨缺损

背景:以支架或干细胞在一定程度上能够修复软骨缺损,但是研究中发现较大块的缺损修复效果还达不到令人满意的程度.基因转染后的干细胞能够不断的释放生长因子有可能够为软骨缺损研究带来突破.目的:进一步验证软骨源形态发生蛋白转染的骨髓间充质干细胞是否会促进体内兔软骨修复.方法:从兔骨髓内分离获得骨髓间充质干细胞,脂质体感染的方法将软骨源形态发生蛋白基因转染到骨髓间充质干细胞中.实验组移植转染后的细胞;单纯骨髓间充质干细胞组移植未转染的骨髓间充质干细胞;空白对照组缺损区不移植细胞.术后行组织学检测及组织学评分分析修复情况.结果与结论:体内修复过程中,软骨源形态发生蛋白转染的骨髓间充质干细胞促进了软骨再生.透明软骨填充了软骨缺损区,并且深部区域显示了软骨下成骨.透明软骨的重建区域优于单纯骨髓间充质干细胞移植组.组织学评分实验组高于骨髓间充质干细胞对照组和空白组.提示转染软骨源形态发生蛋白基因的骨髓间充质干细胞能够促进和提高关节软骨的改建和修复.     

转化生长因子β1转染骨髓间充质干细胞向软骨细胞的分化

目的:通过转化生长因子β1基因转染大鼠的骨髓间充质干细胞,观察目的基因的分泌情况及干细胞向软骨细胞分化效果,为构建新型的软骨组织工程学种子细胞提供新思路。方法:实验于2005-10/2006-09在中国医科大学细胞生物实验室完成。实验材料:6周龄Wistar大鼠10只,质粒pcDNA3.1-TGF-β1(由吉林大学徐莘香教授惠赠),转化生长因子β1、Ⅱ型胶原小鼠抗大鼠单克隆抗体(Neomaker公司)。实验分组:分为未经转染的骨髓间充质干细胞(未转染组)、转染空载的骨髓间充质干细胞(转染空载体组)和转染转化生长因子β1的骨髓间充质干细胞(转染转化生长因子β1组)。实验方法:①密度梯度离心法和贴壁分离法相结合分离、纯化大鼠骨髓间充质干细胞,免疫荧光法检测细胞表面标志。②质粒pcDNA3.1-TGF-β1扩增、提取、鉴定。③转化生长因子β1基因转染骨髓间充质干细胞。实验评估:①四甲基偶氮唑盐法测定筛选后细胞的增殖活性。②Westernblot检测转染后细胞转化生长因子β1和Ⅱ型胶原蛋白表达。结果:①免疫荧光法检测骨髓间充质干细胞:CD29和CD44表达阳性,CD34和CD45表达阴性。②pcDNA3.1-TGF-β1真核表达载体的酶切鉴定:基因测序与GeneBank cDNA序列相符。③转染基因对骨髓间充质干细胞增殖活性的影响:基因转染后骨髓间充质干细胞的增殖力变强,转染组的细胞增殖力高于未转染组和转染空载体组。④转化生长因子β1表达:转染后的骨髓间充质干细胞较未转染和转染空载体的骨髓间充质干细胞分泌转化生长因子β1蛋白增加。⑤Ⅱ型胶原的蛋白表达:在转化生长因子β1目的基因转染后的骨髓间充质干细胞Ⅱ型胶原蛋白表达较未染和转染空载体的骨髓间充质干细胞增强。结论:应用基因转染技术将转化生长因子β1目的基因导入骨髓间充质干细胞中,在蛋白质水平鉴定转染成功,且骨髓间充质干细胞成软骨分化所需的特异性细胞外基质Ⅱ型胶原明显升高,使骨髓间充质干细胞在保持很强的体外传代增殖能力同时,又能产生、表达转化生长因子β1。     

转染碱性成纤维生长因子基因的骨髓间充质干细胞在珊瑚骨表面生长状况

背景:颌面骨缺损是临床上常遇到的问题,寻找理想的种子细胞同支架材料复合构建组织工程化人工骨成为该类疾病治疗的发展趋势.目的:将转染碱性成纤维生长因子基因的骨髓间充质干细胞与珊瑚骨的复合培养,观察转染碱性成纤维生长因子基凶的骨髓间充质干细胞在珊瑚支架材料上生长状况.设计、时间及单位:骨组织工程实验,于2006-0312008-06 在中山大学口腔医学研究所完成.材料:选用海南省浅海滩产石头状滨珊瑚为原料,将其制成8mm×8mm×2mm的珊瑚人工骨小块.方法:采用密度梯度离心法分离新西兰大白兔骨髓间充质干细胞,采用贴壁筛选法对分离出的骨髓间充质下细胞进行纯化,利用脂质体转染bFGF-pcDNA3到骨髓间充质干细胞.取生长良好的转染碱性成纤维生长因子基因骨髓间充质干细胞和未转染的骨髓间充质干细胞,分别接种于不同珊瑚表面.主要观察指标:MTT法观察细胞-支架联合培养骨髓间充质干细胞的增殖情况和利用扫描电镜观察珊瑚支架上细胞的生长状况.结果:MTT法检测显示细胞-支架联合培养转染组细胞与联合培养未转染组细胞增殖相比差异有显著性意义(P＜0.05),联合培养转染组细胞生长增殖强于未转染组细胞.而联合培养的转染组细胞同单纯培养转染组细胞增殖相比差异无显著性意义(P＞0.05).扫描电镜观察显示复合骨髓间充质干细胞细胞贴附在珊瑚上,并在材料上完全铺展,形态多样,细胞向孔内长入或跨越微孔表面,部分区域有细胞外基质形成.结论:转染碱性成纤维生长因子基因的骨髓间充质干细胞在珊瑚支架材料上生长状况较未转染组好,珊瑚人工骨不影响骨髓间充质干细胞的增殖,可以作为骨髓间充质干细胞支架材料构建组织工程骨.     

骨髓间充质干细胞改善心肌梗死后心功能的机制和诱导因素

目的:分析骨髓间充质干细胞移植对心肌梗死后心脏功能的影响及其作用机制,探讨骨髓间充质干细胞向心肌样细胞分化过程中的诱导因素.方法:由本文第一作者检索Pubmed数据库和中国期刊全文数据库有关骨髓间充质干细胞移植治疗心肌梗死的相关文献,共检索到60篇文献,对资料进行初审,纳入标准:①骨髓间充质干细胞移植对心肌梗死后心功能的影响.②骨髓间充质干细胞移植改善心肌梗死后心功能的作用机制.③骨髓间充质干细胞向心肌样细胞分化的诱导因素.排除标准:重复研究和Meta分析类文章.最终纳入23篇文献进行分析讨论.结果:①骨髓间充质干细胞具有很强的自我更新能力及多项分化潜能,在一定条件下能分化为肌细胞、骨细胞、软骨细胞和脂肪细胞等.②骨髓间充质干细胞可以改变心肌梗死后的心脏功能.其可能的作用机制为能够分化为心肌样细胞,并促进了新血管生成,减少心室重构,即移植后的干细胞在缺血受损伤的心脏微环境中与宿主细胞和细胞外基质之间的相互作用下,分化为有效的心肌组织,同时还可分泌促进血管生成的血管生成素配体和细胞因子,进一步促进新生血管的形成.③体内外环境诱导因素在骨髓间充质干细胞诱导分化为心肌样细胞的过程中起着非常重要的作用,对各种微量因素及微环境中各种细胞因子的调节可以提高干细胞定向分化的效率.结论:骨髓间充质干细胞在心脏疾病治疗中已表现出独特的优越性,然而其作为心血管疾病治疗的一种全新策略目前还处于初步研究阶段,为了使骨髓间充质干细胞移植更安全有效地应用于临床,仍有很多方面的问题需要进一步探索.