骨髓基质细胞在骨组织工程中的研究与进展

大面积骨缺损与骨不连等疾病一直是困扰临床骨科的难题，骨组织工程的提出为其治疗提供了一种可行的方法。种子细胞是骨组织工程的核心与基础，一直是人们普遍关注的热点。目前的种子细胞包括成骨细胞，骨细胞，骨膜成骨细胞，骨髓基质细胞等。其中骨髓基质细胞被公认为是一较理想的种子细胞：获取方便，来源较广泛，对供体损伤较小，体外培养技术成熟，细胞增殖较快，而且可以作为一些成骨因子基因转染的靶细胞。骨髓基质细胞、基质支架和／或成骨因子构成的复合材料能够修复骨缺损；特别是将含有成骨因子基因(如骨形态发生蛋白-2基因)的骨髓基质细胞与基质支架复合能够加快骨缺损的修复，这具有重要的临床意义。目前骨髓基质细胞在骨组织工程中应用面临的主要问题是细胞纯化、基因转染后的安全等问题，特别是后者亟待解决。     

骨组织工程中骨髓基质细胞研究进展

应用组织工程学方法修复骨不连、骨缺损等骨形成障碍疾病已成为该类疾病治疗发展的趋势.种子细胞的获取、选择和培养是组织工程的基本要素和最为重要的环节之一.本文就目前骨髓基质细胞(AtromalCellofBoneMarrow)生物学特性的研究,有关移植实验的进展及其临床应用现状与前景作一综述.     

人骨髓基质细胞在骨细胞工程临床应用中的探讨

目的：研究人骨髓基质干细胞经体外诱导表达成骨细胞表型，作为骨组织工程临床应用种子细胞的可行性。方法：人骨髓中密度梯度法分离骨髓基质干细胞，诱导组予条件培养液，对照组予单纯DMEM培养液，分别培养至第3代细胞，计算各代倍增时间和3代总的扩增倍数，经相差显微镜观察，钙结节茜素红染色，四环素荧光，免疫荧光检测骨钙蛋白，成骨细胞转录因子，RT－PCR检测I型胶原，骨钙蛋白mRNA表达。结果：诱导组骨髓基质干细胞（MSC）经体外诱导，三代平均扩增163．4倍后，形成钙结节，骨钙蛋白（OCN），成骨细胞转录因子（cbfal)免疫荧光结果阳性，RT－PCR证实I型胶原，骨钙蛋白mRNA的表达；对照组未能形成钙结节，无成骨细胞特征性蛋白OCN，cbfal的表达。结论：人MSC体外经条件培养液诱导培养三代后仍可表达成骨细胞表型，可以满足骨组织工程临床应用对种子细胞质和量的需要。     

体外培养骨髓基质细胞向成骨细胞的分化

背景:目前如何有效地诱导骨髓基质细胞向成骨细胞转化,建立稳定的体外培养诱导模式,研究诱导条件的作用机制是骨组织工程研究的重点.目的:建立一种兔骨髓基质细胞向成骨细胞分化的体外培养体系,观察其成骨过程.设计:对比观察.材料:4～8周龄新西兰大白兔,雌雄不拘,用于骨髓基质细胞的原代与传代培养.方法:将兔股骨骨髓基质细胞进行原代培养,待细胞铺满瓶底近80%后,加入2.5 g/L胰蛋白酶消化传代培养.取生长良好的对数期第2代细胞,以1×108 L-1的细胞浓度接种于预置盖玻片的6孔培养板内.细胞分为2组,实验组使用条件诱导培养基(RPMI1640标准培养基加入地塞米松10-8 mol/L,β甘汕磷酸钠10 mmol/L,维生素C 50 μg/L),对照组继续使用标准培养基.两组细胞持续培养(常规两三天换液1次)进行细胞成骨分化观察.主要观察指标:倒置相差显微镜观察细胞生长及形态变化:苏木精-伊红染色、碱性磷酸酶染色、Ⅰ型胶原免疫组织化学染色、钙结节染色及扫描电镜观察骨髓基质细胞形态变化.结果:经诱导培养的细胞,在体外逐渐转化,增殖、分泌细胞外基质、最终形成了矿化基质.苏木精-伊红染色显示实验组传代细胞在接近融合为单层时形态多为梭形,多角形等.胞浆内可见颗粒:碱性磷酸酶染色可见实验组传代细胞染色呈强阳性,阳性率达83.2%,并能大量分泌Ⅰ型胶原:对照组仅有个别细胞染色呈阳性.四环素染色观察实验组骨髓基质细胞形成金黄色钙结节,甚至是骨样组织,与典型成骨细胞的牛物学特性相似.扫描电镜观察实验组培养的传代细胞已接近融合为单层,细胞呈梭形或多角形表现,细胞表面及细胞间可见钙盐结晶沉积.结论:实验所建立的兔骨髓基质细胞体外诱导成骨转化体系,能够培养出生长活跃,增殖迅速,稳定、多量向成骨细胞转化的骨髓基质细胞培养模式,所培养的细胞可作为成骨细胞的一种来源,为构建组织工程化骨提供种子细胞.     

自体骨髓基质干细胞组织工程复合物治疗骨囊肿的疗效

目的：探讨自体骨髓基质干细胞（BMSCs）组织工程复合物治疗骨囊肿的临床疗效。方法：对18例骨囊肿患者以玻璃酸钠为栽体抽取自体BMSCs加入甲基强的松龙，在X线透视下，将2根骨穿针经皮分别自囊腔项部和底部刺入骨囊肿内，抽去囊液，冲洗囊腔后注入复合物。其中14例注射1次，4例注射2次间隔2．3个月。结果：本组病例随访时间10～18个月，平均14个月，骨愈合良好，无复发及并发症。根据Neer和Chrlgira的X线评价骨囊肿愈合标准进行评估，本组18例治疗10个月后均达到Ⅳ级，平均治疗2．3个月后大部分病例囊腔出现硬化骨，密度增高。透光区开始模糊；3～4个月后囊腔大部分消失，残留小而模糊囊腔；5～6个月后囊腔进一步缩小，少数囊腔已消失；8～9个月后囊腔骨皮质变厚，骨小梁及部分髓腔开始贯通，绝大多数囊腔基本消失；10个月后骨囊腔完全愈合，治愈率100％。18例骨囊腔愈合时间3～10个月，平均5个月。结论：本方法治疗骨囊肿疗效确切、方法简单、不需手术、创伤最小、痛苦最轻、无并发症、费用较低、患儿及家长易于接受，是目前安全有效、治愈率最高、便于基层医院推广使用的一种最新型治疗方法。     

非诱导条件下犬骨髓基质干细胞的生物特性

背景：种子细胞的研究是组织工程众多研究领域中最重要的基础环节，骨髓基质干细胞以其诸多优点。成为理想的骨组织工程的种子细胞。 目的：观察骨髓基质干细胞在体外培养的生长特点和非诱导条件下的成骨特性。 设计：单一样本实验。单位：福建医科大学附属口腔医院种植中心。 材料：实验于2003-05／12在福建医科大学附属口腔医院中心实验室完成。骨髓基质干细胞来自4只1岁龄的杂交犬的原代～第3代传代细胞。 方法：无菌条件下在杂交犬两侧股骨大转子部做骨髓穿刺，抽取5mL肝素抗凝的骨髓，加入到含有50mL含双抗Dulbeeco’s改良的Eagle＇s培养液的离心管中分离单个核细胞，进行首次提纯获取骨髓基质干细胞单细胞，置培养箱中培养传代，培养48h后，吸除培养液，以后每3天换液1次。继续传代。采用倒置相差显微镜及苏木精一伊红染色观察骨髓基质干细胞形态；每天进行细胞计数，测定倍增时间，绘生长曲线；用钙钴法检测碱性磷酸酶；用茜素红法染色观察钙化结节生长情况。 主要观察指标：①犬骨髓基质干细胞光镜结构。②犬骨髓基质干细胞生长曲线。③成骨分化指标碱性磷酸酶及钙化结节的观察。 结果：①形态学观察表明，骨髓基质干细胞贴壁细胞呈集落生长。有成纤维样细胞外观，未加入成骨诱导剂，细胞形态发生变化。②碱性磷酸酶表达原代细胞呈强阳性，第1代细胞呈阳性，第2，3代细胞呈弱阳性。③钙沉积出现，原代细胞染色强于传代细胞。 结论：①骨髓基质干细胞在体外培养能大量扩增，具有自然向成骨细胞分化的能力，是骨组织工程理想的种子细胞。②3代内扩增的骨髓基质干细胞有成骨活性，但原代细胞传代活性优于传代后细胞。     

骨髓基质干细胞-组织工程瓣膜的新细胞来源

目的：比较人骨髓基质干细胞与人瓣膜间质细胞抗原表达和分泌基质的特点，探讨人骨髓基质干细胞用于构建组织工程瓣膜的可行性。方法：体外培养、扩增人骨髓基质干细胞和人瓣膜间质细胞，比较形态学和生长特性，免疫荧光和流式细胞仪检测比较两者的抗原表达，免疫组织化学检测两者的细胞外基质分泌。扫描电镜观察MSC在瓣膜支架上的附着。结果：骨髓基质干细胞具有肌成纤维细胞的形态，细胞型分析显示α平滑肌肌动蛋白和波形蛋白阳性，平均荧光强度比分别为4．9和3．8，表达量与瓣膜间质细胞(2．4和3．1)接近。MSC分泌I型和Ⅲ型胶原蛋白，组织学和扫描电镜可见骨髓基质干细胞在瓣膜表面生长旺盛，具有正常的分泌功能和形态。结论：骨髓基质干细胞易于从体内分离、扩增，具有和瓣膜间质细胞相似的形态、抗原表达和功能，可以在去细胞猪主动脉瓣膜附着和扩增，形成组织，显示MSC是一种有前途的细胞，可以作为瓣膜组织工程的种子细胞来源。     

同种异体骨髓基质细胞修复大鼠股骨缺损

目的：评估腺病毒介导的转BMP-2基因的同种异体骨髓基质干细胞的成骨潜能和免疫原性，探索骨缺损修复新途径。方法：将编码骨髓基质干细胞的基因，通过腺病毒介导转染同种异体骨髓基质干细胞后复合藻酸钙凝胶植入骨缺损部位并应用免疫抑制剂FK506。结果：术后8周检查，Adv—hBMP-2转染的同系骨髓基质干细胞-藻酸钙复合体组、Adv—hBMP-2转染的同种异体骨髓基质干细胞-藻酸钙-FK506复合体组以板层骨为主；Adv—hBMP-2转染的同种异体骨髓基质干细胞-藻酸钙复合体组以编织骨和类骨质为主，内有炎症细胞浸润；Adv-βgal转染的同系骨髓基质干细胞一藻酸钙复合体组、Adv-βgal转染的同种异体骨髓基质干细胞-藻酸钙-FK506复合体组、Adv-βgal转染的同种异体骨髓基质干细胞一藻酸钙复合体组无明显新骨形成．缺损区内为纤维结缔组织。结论：Adv—hBMP-2转染同种异体骨髓基质干细胞-藻酸钙一-FK506复合体可促进长骨干节段性骨缺损的修复。     

人骨髓基质细胞体外培养修复骨缺损

目的建立一种新型、简易的人骨髓成骨细胞体外培养方法.方法以人髂骨区骨髓为材料进行体外人骨髓基质细胞培养,并在不同培养液中进行培养,用倒置显微镜、扫描电镜、组织化学染色等方法进行观测.结果人骨髓基质细胞16d左右即可长满,并可稳定传代,传代细胞4～5d即可传代.在条件培养液中2周形成多层结构,并出现细胞结节,碱性磷酸酶(ALP)染色阳性,钙染色阳性.结论本实验所获人骨髓基质细胞具有成骨细胞的形态特征和生物学特征.     

骨髓基质干细胞和基因强化组织工程在软骨修复中的研究进展

由于软骨细胞已近成熟细胞，体外扩增能力较弱，因而限制了其临床应用。骨髓基质于细胞(mesenchymal stem cells。MSCs)具有强大的自我增殖能力和分化多潜能性，可通过TGF-8信号传导通路等途径控制MSCs向软骨方向分化，MSCs这种可在体外控制性培养并能在植入体内后分化成软骨的特性，为软骨修复和再生治疗开辟了新途径。但是，软骨修复只是一个阶段性的过程而不需长时间的表达，这与基因治疗表达目的基因的时间有限性相一致，两者结合形成了基因强化组织工程(gene-enhanced tissue engineering)技术，该技术是将诱导成软骨因子基因通过基因治疗的手段作用于软骨损伤局部使其在原位转染周围的软骨细胞，或在软骨缺损部位造成生长因子适当水平的表达并持续一段时间，从而显示了诱人的应用前景。     

间充质干细胞在关节软骨组织工程中的应用

背景：组织工程技术的发展为关节软骨缺损修复和功能重建提供了新的方法和思路。目的：探讨以间充质干细胞作为种子细胞在关节软骨组织工程中的应用和研究进展。 方法：由第一作者检索 PubMed 数据库中2000-01-01/2014-09-30有关间充质干细胞和关节软骨组织工程的文献,检索词为“articular cartilage defects, cartilage tissue engineering, mesenchymal stem cel s”。共检索到70篇相关文献,对其中49篇文献进行综述。 结果与结论：关节软骨缺损自身修复能力很有限,目前的临床治疗手段无法达到满意修复,而组织工程的发展为解决这个问题提供了新思路。在种子细胞选择方面,软骨细胞去分化能力有限,胚胎干细胞受到伦理、法律等方面的制约,而间充质干细胞因其自体来源、易扩增、具有软骨分化潜能而受到广泛重视。但目前应用组织工程方法修复关节软骨缺损的效果存在一定的争议,主要是远期功能距离临床应用存在一定差距,在修复组织结构和生物力学方面还需要进一步研究。     

Influence of mesenchymal stem cells on stomach tissue engineering using small intestinal submucosa

Small intestinal submucosa (SIS) is a biodegradable collagen‐rich matrix containing functional growth factors. We have previously reported encouraging outcomes for regeneration of an artificial defect in the rodent stomach using SIS grafts, although the muscular layer was diminutive. In this study, we investigated the feasibility of SIS in conjunction with mesenchymal stem cells (MSCs) for regeneration of the gastrointestinal tract. MSCs from the bone marrow of green fluorescence protein (GFP)‐transgenic Sprague–Dawley (SD) rats were isolated and expanded ex vivo. A 1 cm whole‐layer stomach defect in SD rats was repaired using: a plain SIS graft without MSCs (group 1, control); a plain SIS graft followed by intravenous injection of MSCs (group 2); a SIS graft co‐cultured with MSCs (group 3); or a SIS sandwich containing an MSC sheet (group 4). Pharmacological, electrophysiological and immunohistochemical examination was performed to evaluate the regenerated stomach tissue. Contractility in response to a muscarinic receptor agonist, a nitric oxide precursor or electrical field stimulation was observed in all groups. SIS grafts seeded with MSCs (groups 3 and 4) appeared to support improved regeneration compared with SIS grafts not seeded with MSCs (groups 1 and 2), by enabling the development of well‐structured smooth muscle layers of significantly increased length. GFP expression was detected in the regenerated interstitial tissue, with fibroblast‐like cells in the seeded‐SIS groups. SIS potently induced pharmacological and electrophysiological regeneration of the digestive tract, and seeded MSCs provided an enriched environment that supported tissue regeneration by the SIS graft in the engineered stomach. © 2013 The Authors. Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine published by John Wiley & Sons, Ltd.     

人骨髓间充质干细胞向成骨细胞的诱导分化

目的诱导人骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化。方法体外分离培养人骨髓间充质干细胞，将其分为对照组和诱导组两组。诱导组加入地塞米松、抗坏血酸和β-甘油磷酸，诱导成骨。采用免疫荧光染色的方法检测碱性磷酸酶（AKP）和骨桥蛋白（0PN）的表达；并通过RT-PCR检测骨桥蛋白mRNA的表达；利用硝酸银染色和茜素红染色两种特殊染色方法检测钙盐沉积。结果经诱导，诱导组细胞在呈典型的成骨细胞形态并有钙结节形成；免疫荧光染色结果显示诱导组细胞AKP和OPN均为强阳性表达，RT-PCR结果也显示诱导组细胞骨桥蛋白mRNA表达；两种特殊染色结果显示诱导组细胞有大量的钙盐沉积。而对照组细胞无上述形态改变和表达。结论人骨髓间充质干细胞在一定的诱导条件下能向成骨细胞分化。     

成人骨髓间充质干细胞体外多向分化潜能特性的研究

目的研究体外不同诱导条件下成人骨髓间充质干细胞向成骨细胞、脂肪细胞、神经细胞分化的能力。方法用细胞化学方法对诱导后的骨髓细胞进行脂肪细胞特异油红O染色；Von Kossa及改良的钙钴法进行成骨细胞鉴定；免疫组化方法检测诱导后的骨髓细胞神经元特异性烯醇化酶(NSE)、神经丝蛋白-M(NF—M)、胶质纤维酸性蛋白(GFAP)表达。结果在不同的诱导条件下，诱导后的细胞油红O染色胞浆内可见橙红色脂滴；Von Kossa染色可见细胞间布满黑色颗粒，提示有矿化基质沉积；改良钙钻法碱性磷酸酶染色胞浆呈深棕色或深黑色。免疫组化染色显示向神经细胞方向诱导后细胞NSE( )、NF—M( )、GFAP(-)。结论成人骨髓间充质干细胞在体外具有多向分化的潜能。     

骨组织工程中干细胞的研究与应用

背景：是否可以通过改进对已知的可以分化成骨的干细胞的培养方式或者寻找到新的干细胞,为骨组织工程找到更为合适的种子细胞.目的：从干细胞的分离培养、生物学特性及标志物等方面对各类干细胞的在骨组织工程中的应用进行综述.方法：以英文检索词为“bone tissue engineering,seed cel s,stem cel ,osteoblast differentiation”及中文检索词为“骨组织工程,种子细胞,干细胞,成骨分化”,由第一作者检索1995年至2012年PubMed 数据库及中国知网中文科技数据库,查阅近年种子细胞相关文献,最终保留50篇文献,从分离培养方法、基本特性及在骨组织工程中的应用3方面进行综述.结果与结论：文章分别对各类干细胞（包括：胚胎干细胞、骨髓间充质干细胞、滑膜间充质干细胞、脐带间充质干细胞和脐带血间充质干细胞、外周血来源的多潜能间充质干细胞、脂肪干细胞、子宫内膜基质干细胞、人羊膜基质细胞、牙髓干细胞）的分离方法、生物学特性、标志物等相关实验研究进行了探讨.目前用于分离纯化骨髓间充质干细胞的方法主要有4种：密度梯度离心法、全骨髓贴壁培养法、流式细胞仪分离法和免疫磁珠法.研究证实各类干细胞在特定条件下均有分化成骨的能力.     

骨髓间充质干细胞与脱细胞脑组织支架的生物相容性

背景：骨髓间充质干细胞与细胞载体联合移植治疗中枢神经系统损伤还处于实验研究阶段。目的：评价大鼠骨髓间充质干细胞与脱细胞脑组织支架的生物相容性,探讨脱细胞脑组织支架作为中枢神经系统组织工程材料的可行性。方法：以全骨髓法分离纯化大鼠骨髓间充质干细胞,通过物理及化学方法相结合制各脱细胞脑组织支架。将转染携带绿色荧光蛋白基因的骨髓间充质干细胞种植到支架材料上共培养,通过倒置相差显微镜、扫描电镜、激光共聚焦显微镜等方法观察脱细胞脑组织支架的内部结构及复合支架上细胞的生长状况。结果与结论：制备的脱细胞脑组织支架材料呈三维立体网状结构。骨髓间充质干细胞可在支架上黏附生长,形态良好。大鼠骨髓间充质干细胞与脱细胞脑组织支架具有良好的生物相容性,有望作为中枢神经系统组织工程的载体材料。     

细胞因子修饰的间充质干细胞

背景：将细胞治疗与基因治疗相结合,通过不同的细胞因子对间充质干细胞的修饰,不但可以赋予其新的能力,更能增强其本身的功能。但是在西北高原的低氧环境下,间充质干细胞的功能发挥就会受到一定的限制。目的：文章综述了间充质干细胞近年来的研究进展,在与细胞因子联合应用后功能上的扩展,并寻找新的手段使其在高原低氧环境下充分发挥功能。方法：应用计算机检索CNKI数据库和PUBMED数据库中关于间充质干细胞的文章,以＂间充质干细胞;低氧诱导因子;肝细胞生长因子＂或＂mesenchymal stem cells;hypoxia inducible factor;hepatocyte growth factor＂为检索词进行检索。检索文献总量为71篇,选择文章内容与间充质干细胞及其临床应用有关方面的文章,同一领域文献则选择近期发表或发表在权威杂志文章。结果与结论：最终纳入35篇符合标准的文献。通过应用细胞因子的转染,将细胞因子的功能与间充质干细胞相结合,使得间充质干细胞的功能更全面,在高原低氧的恶劣环境下,依然能够有效的发挥临床效用,满足其临床上的治疗需求。     

Skeletal tissue engineering using embryonic stem cells

Various cell types have been investigated as candidate cell sources for cartilage and bone tissue engineering. In this review, we focused on chondrogenic and osteogenic differentiation of mouse and human embryonic stem cells (ESCs) and their potential in cartilage and bone tissue engineering. A decade ago, mouse ESCs were first used as a model to study cartilage and bone development and essential genes, factors and conditions for chondrogenesis and osteogenesis were unravelled. This knowledge, combined with data from the differentiation of adult stem cells, led to successful chondrogenic and osteogenic differentiation of mouse ESCs and later also human ESCs. Next, researchers focused on the use of ESCs for skeletal tissue engineering. Cartilage and bone tissue was formed in vivo using ESCs. However, the amount, homogeneity and stability of the cartilage and bone formed were still insufficient for clinical application. The current protocols require improvement not only in differentiation efficiency but also in ESC‐specific hurdles, such as tumourigenicity and immunorejection. In addition, some of the general tissue engineering challenges, such as cell seeding and nutrient limitation in larger constructs, will also apply for ESCs. In conclusion, there are still many challenges, but there is potential for ESCs in skeletal tissue engineering. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

Dental stem cells: recent progresses in tissue engineering and regenerative medicine

Since the disclosure of adult mesenchymal stem cells (MSCs), there have been an intense investigation on the characteristics of these cells and their potentialities. Dental stem cells (DSCs) are MSC-like populations with self-renewal capacity and multidifferentiation potential. Currently, there are five main DSCs, dental pulp stem cells (DPSCs), stem cells from exfoliated deciduous teeth (SHED), stem cells from apical papilla (SCAP), periodontal ligament stem cells (PDLSCs) and dental follicle precursor cells (DFPCs). These cells are extremely accessible, prevail during all life and own an amazing multipotency. In the past decade, DPSCs and SHED have been thoroughly studied in regenerative medicine and tissue engineering as autologous stem cells therapies and have shown amazing therapeutic abilities in oro-facial, neurologic, corneal, cardiovascular, hepatic, diabetic, renal, muscular dystrophy and auto-immune conditions, in both animal and human models, and most recently some of them in human clinical trials. In this review, we focus the characteristics, the multiple roles of DSCs and its potential translation to clinical settings. These new insights of the apparently regenerative aptitude of these DSCs seems quite promising to investigate these cells abilities in a wide variety of pathologies.

• Key messages

• Dental stem cells (DSCs) have a remarkable self-renewal capacity and multidifferentiation potential;

• DSCs are extremely accessible and prevail during all life;

• DSCs, as stem cells therapies, have shown amazing therapeutic abilities in oro-facial, neurologic, corneal, cardiovascular, hepatic, diabetic, renal, muscular dystrophy and autoimmune conditions;

• DSCs are becoming extremely relevant in tissue engineering and regenerative medicine.