BMP-2活性多肽体外定向诱导大鼠BMSCs向成骨方向分化的实验研究

[目的]骨形成蛋白-2（BMP-2）具有较强的诱导大鼠骨髓间充质干细胞（BMSCs）向成骨方向定向分化的能力。天然的BMP-2数量有限，结构复杂，限制了其广泛应用。本实验设计合成了BMP-2活性多肽，体外试验探讨其对BMSCs向成骨方向定向诱导成骨分化的能力，评价BMP-2活性多肽的诱导成骨效应。[方法]实验分2组，诱导组和非诱导组。取4周的Wistar大鼠分离培养BMSCs，传至第3代时，实验组，改用成骨诱导培养基（DMEM完全培养基＋BMP-2活性多肽200μg／ml）。非诱导组，仍采用DMEM完全培养基。继续培养2～4周，采用细胞爬片培养、碱性磷酸酶活性和钙含量测定、实时定量PCR检测Ⅰ型胶原（Col—Ⅰ）及骨桥蛋白（OPN）mRNA的表达，评价BMP-2活性多肽的体外诱导成骨能力。[结果]诱导组BMSCs生长良好，表现出与典型的成骨细胞相似的形态特征和生物学特性，ALP活性上升，钙含量增加，Col-Ⅰ和OPN的mRNA呈高表达。非诱导组，成骨特性不明显。[结论]合成的BMP-2活性多肽能有效地促进BMSCs向成骨方向分化，是组织工程化骨中理想的诱导成骨的细胞因子。具有与天然BMP-2类似的骨诱导活性，具有广阔的应用前景。     

复合骨在兔腰椎融合过程中相关基因表达调控的影响

目的 观察复合骨即重组人骨形态发生蛋白-2(rhBMP-2)/异体骨不同时间点融合骨组织中BMP-2、血管内皮生长因子(VEGF)的表达.方法 将新西兰大白兔60只随机分为3组,在L5、L6横突间行后路植骨融合术,分别植入复合骨条、自体骨条及异体骨条,于术后第1、2、3、4、5周取融合标本,用实时荧光定量逆转录聚合酶链反应(real time RT-PCR)分析内源性BMP-2和VEGF基因水平的变化.结果 术后第3周,复合骨组BMP-2为(5.3519±1.0384),VEGF为(0.9257±0.2534),均达到峰值且高于异体骨组和自体骨组(P<0.05),之后则缓慢下降.第4周后,内源性BMP-2表达仍保持较高水平,但VEGF的水平与自体骨组和异体骨组差异无统计学意义(P>0.05).结论 复合骨能有效地诱导内源性BMP-2和VEGF的表达,促进了成骨效应.     

软骨寡聚基质蛋白对BMP 2诱导骨髓间质干细胞分化的影响

 目的 探讨过表达软骨寡聚基质蛋白（cartilage oligomeric matrix protein,COMP）对BMP-2诱导骨髓间质干细胞成骨及成软骨分化的影响。方法 用BMP-2诱导骨髓间质干细胞分化,通过脂质体转染含人COMP基因的质粒使骨髓间质干细胞过表达COMP,空载质粒作为对照。以RT-PCR检测成骨相关基因Ⅰ型胶原、RUNX2、骨桥蛋白、骨钙蛋白以及成软骨相关基因Ⅱ型胶原、SOX9、蛋白聚糖的表达变化;通过碱性磷酸酶染色观察成骨过程中的碱性磷酸酶活性,茜素红染色观察成骨终末阶段矿化结节的生成情况,阿利新蓝染色观察细胞基质蛋白多糖的合成情况。结果 COMP组目的基因COMP mRNA的表达显著升高;骨桥蛋白mRNA表达水平较对照组低,呈现出一致的下调趋势（P<0.05）;Ⅰ型胶原、RUNX2、骨钙蛋白mRNA表达水平在诱导早期均高于对照组（P<0.05）,但在诱导晚期均明显低于对照组（P<0.05）;成软骨指标（Ⅱ型胶原、SOX9、蛋白聚糖）的基因表达水平强于对照组,呈一致的上调趋势（P<0.05）;SOX9 mRNA表达水平高于对照组,仅在第7天时差异具有统计学意义（P<0.05）;细胞成骨染色（碱性磷酸酶染色、茜素红染色）均弱于对照组,而阿利新蓝染色强于对照组。结论 COMP能抑制BMP-2诱导骨髓间质干细胞成骨分化,促进BMP-2诱导骨髓间质干细胞成软骨分化。     

低强度脉冲超声对人脂肪干细胞成骨诱导影响的实验研究

[目的]探讨低强度脉冲超声在人脂肪干细胞成骨诱导中的影响。[方法]取手术患者腹部及腰背部处脂肪,采用胶原酶消化离心贴壁法分离培养脂肪间充质干细胞(adipose derived stem cells,ADSCs),流式细胞仪检测细胞表面标记。第6代细胞分为四组:(1)阴性对照组:ADSCs于完全培养基中培养,不接受LIPUS剌激;(2)LIPUS组:ADSCs于完全培养基中培养,接受LIPUS刺激;(3)成骨诱导组:ADSCs于成骨诱导培养基中培养;(4)LIPUS联合成骨诱导组:ADSCs在成骨诱导培养基中培养,接受LIPUS刺激。[结果]ADSCs形态传至10代时仍无变化。流式细胞仪分析第6代hADSCs细胞表面特异性标记结果显示,CD105:99.61%,CD29:97.54%,CD45:0.26%,CD44:97.4%,CD14:2.51%。LIPUS+诱导组的碱性磷酸酶(ALP)表达明显高于其他组,而单用LIPUS,并不能促进成人脂肪干细胞成骨分化。[结论]LIPUS可以促进成骨诱导培养基培养下的成人脂肪干细胞的成骨分化。     

辛伐他汀对幼鼠骨小梁中骨形成相关因子表达以及BMSCs成骨分化的影响

目的既往研究表明辛伐他汀具有促成骨作用,现探讨辛伐他汀对幼鼠骨小梁中骨形成相关因子表达以及BMSCs成骨分化的影响。方法 40只1周龄雄性SD大鼠,体重17.5～19.5 g,随机分为2组,每组20只。实验组于大鼠颈部皮下注射辛伐他汀注射液[5 mg/(kg.d)],对照组同法注射等剂量生理盐水。于注射后1、3周,两组分别脱颈处死10只大鼠,采用免疫组织化学染色检测胫骨上端骨小梁BMP-2、基质金属蛋白酶13(matrix metalloproteinase 13,MMP-13)、VEGF的表达情况。注射后1、3周,两组分别取大鼠双侧股骨,采用全骨髓培养法体外分离培养BMSCs,取第1代BMSCs成骨诱导培养,培养后14 d行ALP染色,培养后21 d采用实时荧光定量PCR检测BMP-2、Runx2、Osterix、Msx2、Dlx3、Dlx5 mRNA的表达,培养后28 d行von Kossa染色。结果免疫组织化学染色示注射后1、3周两组胫骨上端骨小梁BMP-2、MMP-13、VEGF表达,差异均无统计学意义(P>0.05)。成骨诱导培养14 d,注射后1、3周两组ALP染色阳性细胞百分比差异均无统计学意义(P>0.05);成骨诱导培养21 d,实时荧光定量PCR检测示注射后1、3周两组BMP-2、Runx2、Osterix、Dlx3、Dlx5、Msx2 mRNA表达水平比较差异均无统计学意义(P>0.05);成骨诱导培养28 d,注射后1、3周两组钙结节单位面积比差异均无统计学意义(P>0.05)。结论皮下注射辛伐他汀5 mg/(kg.d)后1、3周对幼鼠骨小梁中骨形成相关因子表达以及BMSCs成骨分化无明显影响。     

尿毒症血清诱导的磷酸钙晶体对人主动脉平滑肌细胞的钙化作用

目的 探讨尿毒症患者血清诱导的磷酸钙晶体对人主动脉平滑肌细胞(HASMCs)钙化的影响.方法 尿毒症患者血清在37℃下孵育3d,超速离心法从尿毒症血清中分离磷酸钙晶体和无晶体血清,采用扫描电子显微镜和能量色散X射线光谱仪分析晶体的形态及化学特征.体外培养HASMCs,分为以下4组:对照组、尿毒症血清组、磷酸钙晶体组和无晶体血清组.茜素红染色及甲氧酚酞络合酮法检测HASMCs钙化结节的形成及细胞内钙含量.实时荧光定量PCR法检测骨形态发生蛋白2(BMP-2)、骨桥蛋白(OPN)、核结合因子α1亚基(Cbfα1)、碱性磷酸酶(ALP)、基质γ羧基谷氨酸蛋白(MGP)的mRNA表达.Cbfα1、OPN和BMP-2的蛋白表达用Westcrn印迹和ELISA法检测.结果 尿毒症血清可诱导磷酸钙晶体形成.与对照组相比,尿毒症血清明显促进HASMCs钙化结节形成,增加细胞内钙含量(P＜0.05),并上调细胞BMP-2、OPN、Cbfα1的mRNA和蛋白表达(均P＜ 0.01);而磷酸钙晶体亦促进HASMCs钙化结节的形成,增加细胞内钙含量(P＜0.05),上调BMP-2、OPN、Cbfα1的mRNA和蛋白表达(均P＜0.01).无晶体血清组的HASMCs胞内钙含量和上述成骨蛋白的表达与对照组差异无统计学意义(均P＞ 0.05).结论 尿毒症血清可能通过诱导磷酸钙晶体的形成促进血管钙化的发生.     

骨形态发生蛋白2与血管内皮生长因子在软骨内成骨过程中的基因表达

目的 检测并分析骨形态发生蛋白2(BMP-2)及血管内皮生长因子(VEGF)在骨发育基因表达谱及诱导成骨过程中表达规律及相互作用,为工程化BMP-2蛋白在骨科临床治疗中的运用提供依据.方法 应用基因芯片技术建立妊娠胎鼠肢芽发育成骨过程的基因表达谱,分析BMP-2与VEGF在发育成骨过程中的表达规律;检测VEGF mRNA在小鼠外源性工程化BMP-2蛋白体内诱导软骨内成骨过程中表达情况,结合组织学、免疫组织化学观察结果与基因表达谱分析结果,分析BMP-2与VEGF在软骨内成骨过程中的相互作用.结果 BMP-2及VEGF在发育成骨过程的基因表达谱中以及VEGF表达信号在外源性BMP-2诱导的体内软骨内成骨过程中,均呈现以诱导间质细胞向软骨细胞分化-肥大-吸收直至骨形成这一过程为轴线的时间-浓度表达关系.结论 BMP-2及VEGF在骨发育及诱导成骨过程中均存在协同促进作用,工程化BMP-2蛋白将在骨科临床治疗中得到更广泛的运用.     

激素相关性股骨头坏死股骨头内VEGF和BMP-2的表达

[目的]研究兔激素相关性股骨头坏死股骨头内血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和骨形态发生蛋白-2（bone morphogenetic protein-2，BMP-2）基因表达的动态变化特点。[方法]用LPS（10μg／kg体重）间隔24h两次静注加MPS3次肌注的方法制作的兔股骨头坏死模型，设计兔相关的探针和引物，通过免疫组化、原位杂交并直接提出股骨头内总RNA进行实时荧光定量PCR，研究不同时相点兔坏死股骨头内VEGF和BMP-2基因表达的动态变化特点。[结果]在造模至第4、8、12、16周时，股骨头内VEGF和BMPl2基因的表达免疫组化、原位杂交结果均为阴性；实时荧光定量PCR结果发现表达量均远低于空白对照组。[结论]在LPS加MPS制作的兔股骨头坏死模型中，股骨头内的VEGF和BMP12基因表达均受抑制。     

Effect of low intensity pulsed ultrasound and BMP-2 on rat bone marrow stromal cell gene expression.

To determine how low intensity pulsed ultrasound alters gene expression in rat bone marrow stromal cells and to see if combining this stimulation with BMP-2, cells were pre-cultured for eight days in the presence of 50 microg/ml ascorbic acid and then exposed to either low intensity US or 100 ng/ml BMP-2 or both combined, beginning on the first, third fifth or seventh day of culture so that cells were exposed to the stimuli for one, three, five or seven days. Real time PCR was used to determine the effect of these treatments on gene expression of several genes associated with osteogenesis. The expression of some of the genes (Cbfa-1/Runx2, IGF-receptor, Alk-3, alkaline phosphatase, osteopontin, TGF-beta1, BMP-7) was increased compared to untreated controls. Combination of US and BMP-2 treatment did not lead to synergy of the two stimuli. Cbfa-1 stimulation occurred more quickly with US than with BMP-2. Increases in gene expression were greatest after 3 days exposure to US, with similar results for BMP-2 treatment implying that there may be a time dependence for the stimulus of osteogenic gene expression in stromal cells.     

聚乙二醇化骨形态发生蛋白-2基因转染兔骨髓间充质干细胞及其表达测定

目的：聚乙二醇化骨形态发生蛋白-2基因（PEG/BMP-2）纳米颗粒转染兔骨髓间充质干细胞（rBMSCs）,检测骨形态发生蛋白-2（BMP-2）在靶细胞中的表达。方法：原代分离培养rBMSCs,分别采用PEG/BMP-2、脂质体/BMP-2转染细胞,采用流式细胞仪检测转染效率,采用Western Blot和real time RT-PCR方法检测BMP-2表达。结果：成功制备出PEG/BMP-2纳米颗粒并将PEG/BMP-2转染至rBMSCs,转染细胞中BMP-2呈高表达,且与脂质体转染法相比,具有更高的转染效率。结论：PEG/BMP-2纳米颗粒转染rBMSCs可高表达BMP-2,为骨缺损治疗修复提供新的治疗方法。     

肿瘤坏死因子α介导人脐动脉血管平滑肌细胞成骨样钙化

目的 观察肿瘤坏死因子α（TNF-α）对体外培养人脐动脉血管平滑肌细胞（hUASMC）骨特异性碱性磷酸酶（BAP）、骨桥蛋白（OPN）和骨形成蛋白2（BMP-2）等成骨样分化标志蛋白表达以及细胞外钙盐沉积的影响。 方法 植块贴壁法原代培养人hUASMC。予以TNF-α刺激，甲O-酚酞络合酮方法测定细胞外基质钙盐沉积；Von Kossa法观察钙化染色；实时定量PCR法测定血管平滑肌细胞BAP和OPN mRNA表达水平；免疫印迹法观察血管平滑肌细胞BAP、OPN和BMP-2蛋白表达水平。 结果 一定浓度范围内的TNF-α可促进hUASMC增殖；增加细胞外基质钙盐沉积。TNF-α 50 μg/L刺激可在第3天上调血管平滑肌细胞BAP和OPN mRNA表达水平（BAP mRNA：1.908±0.034比1.000±0.033，OPN mRNA： 3.600±0.073比1.000±0.079，均P < 0.05）。TNF-α 50 μg/L刺激可在第5天上调血管平滑肌细胞BAP、OPN和BMP-2蛋白表达水平（BAP蛋白：3.394±0.083比1.000±0.030，OPN蛋白： 1.967±0.134比1.000±0.070，BMP-2蛋白：2.745±0.289比1.000±0.208， 均P < 0.05）。 结论 一定浓度范围的TNF-α可刺激hUASMC增殖；介导细胞成骨样分化；增加细胞外基质钙盐沉积，从而参与血管钙化的发生发展。     

柚皮苷促进人牙周膜成纤维细胞成骨分化能力的研究

目的:研究柚皮苷对体外培养的人牙周膜成纤维细胞(HPDLCs)成骨分化能力的影响。方法:组织块法培养原代HPDLCs,加入含不同浓度柚皮苷的培养液(100、10、1、0.1、0.01 mg/L),用碱性磷酸酶(ALP)试剂盒检测HPDLCs的培养上清液中ALP的活性,用实时定量PCR检测加入柚皮苷后不同时间点(24h、48h、72h),HPDLCs的骨形成蛋白2(BMP2)、I型胶原蛋白(Col I)、骨保护蛋白(OPG)和核因子κb受体活化因子配体(RANKL)的mRNA表达水平的变化。结果:与对照组比较,不同浓度柚皮苷试验组HPDLCs培养上清液中的ALP活性显著增高(P<0.05),其中1mg/L组的ALP活性最高,此浓度柚皮苷作用下,24h后,BMP-2的mRNA表达水平显著升高,并呈时间依赖性,48h后,Col I和OPG的mRNA表达水平也显著上升。结论:柚皮苷促进了HPDLCs细胞向骨细胞分化功能,其作用可能是通过上调Coll I、BMP2和OPG基因的表达。     

诱导hBMSCs成骨分化中微小RNA和靶基因表达水平的变化

目的明确萎缩性骨不连组织中表达上调的数种微小RNA(micro RNA,miRNA)与其相应靶基因mRNA、蛋白在hBMSCs成骨分化过程中的表达变化趋势和生物学功能。方法取自体髂骨植骨手术患者的髂骨骨髓血,采用密度梯度离心法分离培养hBMSCs。取第4代hBMSCs以成骨诱导培养液诱导成骨分化,分别提取0、12 h,1、2、4、7、14 d时的细胞总RNA和蛋白,进行miRNA的实时定量PCR(quantitative real-time PCR,qRT-PCR)、相应靶基因mRNA的qRT-PCR和蛋白Western blot检测。结果诱导hBMSCs成骨分化时,成骨性靶基因碱性磷酸酶(alkalinephosphatase liver/bone/kidney,ALPL)、PDGF-α多肽(PDGF-αpolypeptide,PDGF-A)和BMP-2的mRNA和蛋白表达在多数时间点同对照(0 h)相比增加(BMP-2在12 h和1 d时下降),1～7 d变化最为显著。不同时间点的miRNA、靶基因mRNA和蛋白表达水平存在差异,其中hsa-miRNA-149*和hsa-miRNA-654-5p miRNA含量的变化趋势与各自靶基因ALPL和BMP-2的mRNA及蛋白表达水平总体上成负相关(P<0.05),hsa-miRNA-221与其靶基因PDGF-A的变化趋势无明显负相关关系(P>0.05)。结论诱导hBMSCs成骨分化过程中,hsa-miRNA-149*和hsa-miRNA-654-5p对其相应靶基因ALPL和BMP-2的mRNA及蛋白存在密切调控关系。     

骨形态发生蛋白-2基因转染兔骨髓基质干细胞及复合纳米羟基磷灰石体外构建组织工程骨的研究

目的 探讨腺病毒介导的人骨形态发生蛋白-2表达载体(Ad-BMP-2)转染兔骨髓基质干细胞(rBMSCs)后复合到纳米羟基磷灰石(Nano-HA)体外构建仿生人工骨的可行性. 方法 采用GatewayTM技术构建腺病毒载体,溶胶-絮凝法制备Nano-HA,用Ad-BMP-2转染体外培养的rBMSCs,免疫组化、RT-PCR和蛋白印迹方法检测转染后细胞的BMP-2表达.将转染48 h的细胞均匀接种到Nano-HA支架上,第3、5天取细胞载体复合物扫描电镜观察细胞贴附、生长状况,消化收集贴附支架的细胞,蛋白印迹检测贴附支架细胞BMP-2的表达.结果 转染后BMP-2基金在mRNA水平和蛋白水平均有高表达;扫描电镜见转染细胞在支架材料分布均匀,黏附良好,转染后及复合后Western Blot检测BMP-2表达较高.结论 利用转基因技术,用含目的基因的腺病毒载体转染靶细胞复合到Nano-HA,细胞载体复合物稳定长效地分泌生长因子,体外成功地构建了仿生人工骨.     

血管内皮生长因子对脂肪干细胞成骨分化基因转录水平的调节

目的探讨内源性血管内皮生长因子（VEGF）体外诱导脂肪干细胞（ADSCs）分化成骨的转录活化机制。方法脂肪干细胞来自大白鼠腹股沟处脂肪,脂肪内干细胞的分离根据JMGimblel所描述的方法获取,培养鉴定后以BMP-2修饰组作为阳性对照组,提取细胞总RNA,采用RT-PCR法及琼脂糖凝胶电泳方法分析在不同诱导条件下Cbfal和Osterix表达的差异。结果BMP-2重组蛋白组的Cbfal基因转录水平明显高于VEGF诱导组（P〈0．01）,两者联合应用未见Cbfal基因转录增强;在以VEGF为诱导因子的ADSCs组,Osterix的mRNA水平明显低于BMP-2组（P〈0．01）,与Cbfal基因转录模式不同,VEGF联合BMP-2共同诱导ADSCs成骨分化组,Osterix基因的mRNA水平有增高的趋势。结论通过Cbfal和Osterix在ADSC成骨分化的不同时间的表达差异,本研究认为在ADSCs诱导成骨分化过程中,Cbfal启动和激活Osterix转录,仍是主要的信号传导途径。VEGF具有一定的诱导ADSCs成骨分化能力,但其作用主要是非依赖性Cbfal通路调控的Osterix表达。     

Lennox gastaut syndrome, review of the literature and a case report

Background

Facial trauma or tumor surgery in the head and face area often lead to massive destruction of the facial skeleton. Cell-based bone reconstruction therapies promise to offer new therapeutic opportunities for the repair of bone damaged by disease or injury. Currently, embryonic stem cells (ESCs) are discussed to be a potential cell source for bone tissue engineering. The purpose of this study was to investigate various supplements in culture media with respect to the induction of osteogenic differentiation.

Methods

Murine ESCs were cultured in the presence of LIF (leukemia inhibitory factor), DAG (dexamethasone, ascorbic acid and β-glycerophosphate) or bone morphogenetic protein-2 (BMP-2). Microscopical analyses were performed using von Kossa staining, and expression of osteogenic marker genes was determined by real time PCR.

Results

ESCs cultured with DAG showed by far the largest deposition of calcium phosphate-containing minerals. Starting at day 9 of culture, a strong increase in collagen I mRNA expression was detected in the DAG-treated cells. In BMP-2-treated ESCs the collagen I mRNA induction was less increased. Expression of osteocalcin, a highly specific marker for osteogentic differentiation, showed a double-peaked curve in DAG-treated cells. ESCs cultured in the presence of DAG showed a strong increase in osteocalcin mRNA at day 9 followed by a second peak starting at day 17.

Conclusion

Supplementation of ESC cell cultures with DAG is effective in inducing osteogenic differentiation and appears to be more potent than stimulation with BMP-2 alone. Thus, DAG treatment can be recommended for generating ESC populations with osteogenic differentiation that are intended for use in bone tissue engineering.     

不同浓度重组人BMP-7促进骨髓间充质干细胞复合组织工程支架材料TCP-COL体外构建组织工程软骨的研究

目的观察比较不同浓度重组人BMP-7对骨髓间充质干细胞复合组织工程支架材料TCP-COL体外构建组织工程软骨的影响。方法用梯度离心法获取人骨髓间充质干细胞（hMSCs）,将扩增的第3代hMSCs以1×10~7/ml的细胞浓度接种在支架材料TCP-COL上,分为三组进行培养：对照组（成软骨诱导液培养）,BMP-7（50）组（成软骨诱导液基础上加入50ng/ml的BMP-7）,BMP-7（100）组（成软骨诱导液基础上加入100ng/ml的BMP-7）。培养2周后进行扫描电镜观察（SEM）,苏木素伊红染色（HE）,阿尔新蓝染色,Ⅱ型胶原免疫组织化学染色（IHC）,荧光定量PCR（RT-PCR）,糖胺多糖定量（GAG quantification assay）研究。结果扫描电镜与苏木素伊红染色结果显示细胞在TCP-COL生物支架中分布均匀且紧密粘附在材料表面。阿尔新蓝染色,Ⅱ型胶原免疫组织化学染色,二型胶原（F=76.931,P〈0.05）,糖胺多糖（F=63.158,P〈0.05）荧光定量PCR,糖胺多糖定量（F=8.981,P〈0.05）结果显示BMP-7能有效促进人骨髓间充质干细胞复合支架材料TCP-COL体外成软骨,且100mg/ml的浓度应用效果大于50mg/ml。但在COL1基因的表达上,BMP-7（50）组和BMP-7（100）组都显著大于对照组（F=34.823,P〈0.05）。结论 BMP-7能有效促进人骨髓间充质干细胞复合支架材料TCP-COL体外成软骨,且100mg/ml的浓度应用效果大于50mg/ml,但应注意其促进骨质增生的作用。TCP-COL是一种有应用前景的生物支架材料。