胰岛素样生长因子-1基因转染脂肪间充质干细胞向软骨细胞分化的研究

目的 观察胰岛素样生长因子(IGF)-1基因转染的脂肪间充质干细胞(ADSCs)向软骨细胞分化的效果.方法 原代培养兔ADSCs,免疫荧光法检测细胞表面抗原CD44、CIM9;脂质体介导人IGF-1基因转染兔ADSCs联合低浓度血清培养基向软骨细胞分化诱导,RT-PCR及Western blot方法检测IGF-1的表达,MMT法绘制细胞增殖曲线、甲苯胺蓝染色软骨结节、免疫组织化学检测Ⅱ型胶原的表达.结果 脂肪间充质干细胞CD44、CD109表达阳性,基因转染后细胞IGF-1表达阳性,细胞增殖速度增快,出现软骨结节,Ⅱ型胶原表达增高.结论 从脂肪组织中能够分离出增殖旺盛的ADSCs,IGF-1在ADSCs内获得稳定表达,细胞增殖能力增强,促进其向软骨细胞分化.     

负载人骨形态发生蛋白-7基因的兔脂肪干细胞向成骨细胞分化的实验研究

目的 探讨人骨形态发生蛋白-7(hBMP-7)基因修饰对兔脂肪干细胞(ADSCs)成骨能力的影响. 方法 原代培养兔脂肪干细胞,免疫组织化学方法检测细胞表面抗原CD44、CD49d、CD106的表达,对细胞进行鉴定;阳离子脂质体介导hBMP-7基因转染ADSCs,绿色荧光蛋白表达观察转染效率、逆转录-聚合酶链反应(RT-PCR)检测目的基因hBMP-7的表达;ALP定量测定,Western blot检测Ⅰ型胶原、骨钙素的表达,以评价转基因ADSCs向成骨细胞分化的情况. 结果 从兔脂肪组织中分离出来的ADSCs CD44、CD49d表达呈阳性,CD106表达呈阴性.RT-PCR检测筛选后的ADSCs稳定表达hBMP-7.转染后7、10、14 d ALP定量测定转染组明显高于未转染组,差异有统计学意义(P<0.05);成骨标志物Ⅰ型胶原、骨钙素的表达转染组明显高于未转染组.结论 从脂肪组织中分离出的ADSCs是一种较好的组织工程种子细胞.hBMP-7重组质粒转染ADSCs后表达目的蛋白,并诱导ADSCs向成骨细胞分化.     

TGF—β1基因修饰诱导脂肪干细胞成软骨分化的实验研究

[目的]本研究通过选择对软骨细胞ECM合成具有促进作用的TGF-β1转染脂肪干细胞(ADSCs),观察转染后目的基因的稳定表达和对软骨细胞外基质(ECM)的两种重要组分:Ⅱ型胶原(type Ⅱ collage,ColⅡ)和aggrecan的合成,为构建新型的组织工程软骨提供实验依据.[方法]TGF-β1基因转染脂肪干细胞及阳性细胞克隆株的筛选;RT-PCR检测TGF-β1、纤连蛋白(fibronectin,FiN)、ColⅡ、Aggrecan的表达;Western-blot检测TGF-β1.[结果]RT-PCR结果显示:实验组(TGF-β1稳定转染组)的TGF-β1、FN、Col Ⅱ、Aggrecan的表达较空染组和正常对照组均明显增多(P＜0.01);Western blot检测实验组(TGF-β1稳定转染组)TGF-β1蛋白的表达较空染组和正常对照组均明显增多(P＜0.01).[结论]成功分离培养脂肪干细胞;以脂质体介导法将TGF-β1目的基因成功转染ADSCs,转染后成软骨分化的特异性细胞外基质增多,表明转染TGF-β1基因可以促使ADSCs向软骨细胞方向分化,从而为软骨组织工程提供新的思路和方法.     

Sox9诱导人脐血干细胞向软骨细胞分化的实验研究

目的 探讨Sox9基因对脐血干细胞向软骨细胞分化的影响。方法 体外分离培养人脐血干细胞,采用脂质体转染Sox9载体质粒,观察转染后细胞形态的变化,免疫组化染色观察collagenⅡ、aggrecan的表达,RT-PCR检测collagenⅠ、collagenⅡ、aggrecan的m RNA水平变化,Western blot检测collagenⅡ的表达变化。结果 Sox9对脐血干细胞形态无明显影响,与传统方法诱导组相比,Sox9转染后可明显促进脐血干细胞向软骨细胞分化。结论 Sox9对脐血干细胞的软骨分化有很强的调控作用,脐血干细胞可作为组织工程软骨一种良好的种子细胞。     

人退变髓核细胞诱导脂肪间充质干细胞向类髓核细胞分化的实验研究

[目的]探讨人脂肪间充质干细胞(adipose-derived stem cells,ADSCs)向类髓核细胞(nucleus pulposuslike cells,NPCs)诱导分化的可能性,为椎间盘退变的防治研究提供种子细胞。[方法]收集腰椎间盘退变患者手术中切除的脂肪组织及髓核组织,采用胶原酶消化法提取原代ADSCs和NPCs,倒置显微镜下观察共培养后ADSCs形态学变化。MTT法检测细胞增殖情况并绘制细胞生长曲线,采用孔径为0.4μm的Transwell小室建立细胞共培养体系,NPCs置于上层,ADSCs接种于下层,建立2个细胞培养组:ADSCs单独培养组和ADSCs/NPCs共培养组,甲苯胺蓝染色以检测蛋白聚糖表达情况,RT-PCR法检测细胞COL2A1、ACAN和SOX9基因表达水平。[结果]采用胶原酶消化法可较好的分离培养出人脂肪间充质干细胞和髓核细胞。与NPCs共培养后的ADSCs可被甲苯胺蓝染为天蓝色,且Ⅱ型胶原及SOX9基因表达水平上调(P0.05)。[结论]采用胶原酶消化法分离培养的ADSCs活力较好、增殖旺盛,与退变NPCs共培养后,软骨特异性标记物的表达明显增加,细胞表现出向NPCs分化的趋势,可作为椎间盘组织工程研究的种子细胞。     

人脂肪来源干细胞成软骨分化过程中成软骨相关微小RNA表达的初步研究

目的探讨微小RNA(micro RNA,mi RNA)在人脂肪来源干细胞(human adipose-derived stem cells,h ADSCs)诱导成软骨分化过程中的表达规律及其影响软骨分化的可能机制。方法取行抽脂术或其他腹部手术患者自愿捐赠的脂肪组织,分离、培养h ADSCs并鉴定。取第3代细胞成软骨分化,倒置相差显微镜下观察细胞形态,于诱导21 d行阿尔新蓝染色观察软骨形成情况,诱导0、7、14、21 d行ELISA检测成软骨相关蛋白Ⅱ型胶原蛋白(collagen typeⅡ,Col2a1)、蛋白聚糖(Aggrecan)、Col10a1以及硫酸软骨素表达。采用基因芯片技术筛选h ADSCs成软骨诱导前及诱导后21 d差异性表达mi RNA,并预测筛选出的mi RNA靶基因。结果实验成功培养h ADSCs,经成软骨诱导培养后,随时间延长可形成软骨球;21 d阿尔新蓝染色呈阳性;h ADSCs成软骨诱导后7、14、21 d,Col2a1、Aggrecan、Col10a1及硫酸软骨素表达水平均较成软骨诱导前h ADSCs显著增高,差异均有统计学意义(P0.05)。基因芯片技术共筛选出11个差异性表达mi RNA,其中7个mi RNA表达上调,4个mi RNA表达下调。筛选出的成软骨相关mi RNAs预测靶基因可能参与了干细胞成软骨分化、增殖、凋亡、细胞周期调控,以及介导细胞内级联反应和自我更新等。结论实验筛选出11个成软骨分化差异性表达超过2倍的mi RNAs,并对其靶基因进行预测,加深了对h ADSCs成软骨分化机制的理解,为定向控制h ADSCs成软骨分化及筛选组织工程改良种子细胞提供了理论依据。     

基因转染脂肪间充质干细胞作为软骨组织工程种子细胞的研究

目的 观察人转化生长因子(hTGF)β2基因转染诱导脂肪间充质干细胞向软骨细胞的定向分化能力,探讨脂肪间充质干细胞作为种子细胞和在基因增强的软骨组织工程中应用的可行性.方法 取3周龄Lewis大鼠的脂肪组织,消化法获得脂肪间充质干细胞,pcDNA 3.1(+)/hTGFD2通过脂质体介导转染脂肪间充质干细胞,用免疫化学染色、逆转录-聚合酶链反应(RT-PCR)和Western blot检测筛选的阳性克隆细胞中hTGFB2基因与软骨特异性蛋白-Ⅱ型胶原和蛋白多糖表达的情况;然后将基因转染的脂肪间充质干细胞与PLGA支架体外构建细胞-载体复合物,再将其植入裸鼠体内,12周后观察基因增强的组织工程软骨的形成情况.结果 从成体大鼠脂肪组织中培养出脂肪问充质干细胞,能大量稳定增殖传代.hTGFB2基因在脂肪间充质干细胞内能瞬时及稳定表达,并促使Ⅱ型胶原和蛋白多糖合成;细胞.载体复合物在裸鼠体内经12周的培养,可以形成形态、结构接近正常软骨的组织工程软骨.结论 PODNA 3.1(+)/hTGFl32成功转染脂肪间充质干细胞,诱导其向软骨细胞分化,脂肪间充质干细胞可作为基因增强的软骨组织工程较理想的种子细胞.     

腺病毒重组绿色荧光蛋白转染兔脂肪干细胞的体外研究

目的 通过采用腺病毒重组绿色荧光蛋白(Ad-EGFP)转染连续培养的家兔脂肪组织来源基质干细胞(ADSCs),检测其转染效率、最佳标记时间,探讨其作为干细胞标记示踪方法的可行性.方法 选择8～12周龄健康新西兰大白兔6只,雌雄不限,体质量1.5～2.5kg;切取6只兔腹股沟皮下脂肪组织1～2ml,采用贴壁法行体外分离培养ADSCs;将获取的第4代ADSCs进行流式细胞术表型鉴定和不同MOI值Ad-EGFP基因转染,同时通过活力和增殖实验进行Ad-EGFP体外转染对ADSCs的影响研究.结果 6份标本均成功培养出兔ADSCs且生长良好,并均成功进行了Ad-EGFP基因转染.①原代细胞培养48h后可见细胞贴壁生长,其ADSCs形态主要为宽大、扁平、短梭形细胞,传代后细胞形态主要为长梭形.经1:2传代后细胞增殖速度明显加快,3d后细胞已长满培养瓶底后,即可传代.②ADSCs倍增时间约72h.③第4代的ADSC表型呈CD29+,CD34-,CD44+,CD106-,CD133-和HLA-DR-.④Ad-EGFP可成功转入ADSCs.24h可见绿色荧光,5d时荧光表达强度最强;ADSCs传代后仍有强荧光表达.当MOI值为0、10、20、30、50、100时,转染率分别为0,11.2%,25.8%,46.7%,95.3%,97.2%.⑤转染组和未转染组细胞培养1、3、5、7、9、11d时,其细胞活力、增殖分化的差异均无统计学意义.结论 能大量从兔脂肪组织分离培养出基质干细胞;EGFP可成功转染ADSCs,其MOI值为50时较为理想.所以,腺病毒是较好的基因载体,而EGFP转染是一种较好的兔ADSCs标记方法.     

大鼠椎间盘巢源性干细胞的体外分离、培养和特性鉴定

目的:对大鼠椎间盘干细胞巢来源的干细胞(ISN-SCs)进行体外分离、培养和特性鉴定。方法:以10周龄雄性SD大鼠作为研究对象,按照解剖区域分离椎间盘干细胞巢组织(骺板外周软骨膜部分),用Ⅱ型胶原酶消化获取细胞后进行体外培养,选用第四代细胞进行干细胞相关特性的鉴定:采用流式细胞技术测定细胞周期;MTT法测定增殖曲线;流式细胞技术检测干细胞相关表型;q PCR检测干细胞相关基因的表达水平;细胞三系诱导分化培养后采用茜素红染色及钙钴染色检测成骨分化能力,阿利新蓝染色检测成软骨分化能力,油红O染色检测成脂肪分化能力,q PCR检测多向分化相关基因的表达水平。结果:大鼠ISN-SCs呈成纤维样细胞,多触角,具有贴壁能力,是一种慢周期细胞,高表达干细胞相关阳性表面抗原分子CD29、CD90、CD44,低表达干细胞相关阴性表面抗原分子CD34、CD45、CD19、CD11b;成骨诱导分化后茜素红染色和钙钴染色均为阳性,成软骨分化后阿利新蓝染色阳性,成脂肪分化后油红O染色阳性,且各分化相关基因(成骨:Runx2、OPN、OCN;成软骨:SOX-9、COL2a1、ACAN;成脂肪:PPARγ、C/EBPα)表达水平较对照组显著增高,其与骨髓间充质干细胞(BMSCs)具有相似的干细胞相关基因(NANOG、SOX-2、OCT-4)表达水平。结论:ISN-SCs具备干细胞的生物学特性,在体外经诱导后可以向软骨细胞及脂肪细胞转化,可为椎间盘的自体生物学修复研究提供良好的细胞来源。     

TGF-β1,bFGF,IGF联合诱导兔脂肪基质干细胞向软骨细胞分化的实验研究

[目的]分离培养兔脂肪基质干细胞(adipose-derived stem cells,ADSCs),观察在TGF-β1,bFGF,IGF联合诱导下其生物学特性及向软骨细胞定向分化的能力.[方法]取4个月龄新西兰大白兔颈背部脂肪组织,分离、培养ADSCs.选取第3代,分为两组,实验组用软骨诱导液(含TGF-β1、bFGF、IGF)对细胞进行培养,对照组用普通高糖培养液培养,倒置显微镜观察两组细胞形态,MTT测定其增殖情况;14 d后行组织学观察(包括甲苯胺蓝染色、Ⅱ型胶原免疫组化),并实时荧光定量PCR检测两组细胞Ⅱ型胶原、蛋白聚糖、SOX 9基因的表达情况.[结果]实验组细胞逐渐变为软骨样细胞形态,增殖速度明显加快,14 d后实验组甲苯胺蓝染色、Ⅱ型胶原免疫组化阳性,对照组为阴性,荧光定量PCR结果显示实验组Ⅱ型胶原、蛋白聚糖、SOX 9的基因转录水平明显高于对照组.[结论]在TGF-β1,bFGF,IGF联合诱导条件下ADSCs增殖迅速,可高表达Ⅱ型胶原、蛋白聚糖、SOX 9,向软骨细胞定向分化.     

重组腺病毒介导SOX-9基因对颈椎关节突软骨细胞凋亡的影响

目的 探讨重组腺病毒介导的人SOX-9(AdSOX-9)对人的颈椎关节突关节软骨细胞凋亡细胞数目及Caspase-3基因表达的作用及相关意义,更好理解颈椎软骨退变的发生机制.方法 应用AdSOX-9按照不同浓度及作用时间处理体外培养软骨细胞,应用TdT介导dUTP-生物缺口末端标记方法(TUNEL)及免疫染色方法观察凋亡细胞数量及Caspase-3基因表达变化情况.结果 25MOI、50MOI剂量作用组TUNEL阳性细胞较空白对照组均明显增加;AdSOX-9转染软骨细胞预处理后,空白对照组、25MOI作用组、50MOI三种处理组Caspase-3表达均明显增加,各时点较空白对照组比较,存在显著性差异(P＜0.05).结论 SOX-9基因对软骨凋亡细胞数目、Caspase-3凋亡基因的影响,存在时间-剂量依赖关系,为软骨细胞退变发病机制研究提出新的思考.     

自噬在张力诱导终板软骨细胞退变过程中的变化

 目的 探讨自噬在张力诱导终板软骨细胞退变过程中的变化及作用。方法 取10只清洁级SD大鼠腰椎终板软骨进行细胞培养。对P1代终板软骨细胞分别加载间歇循环张力（10%伸长率,0.5 Hz）0 h、3 h、12 h、24 h、48 h。以倒置相差显微镜观察细胞形态学变化,实时PCR与蛋白印迹法检测软骨标志基因Ⅱ型胶原、转录因子SOX-9及蛋白多糖转录因子、Beclin-1和LC3基因表达的变化,以单丹磺酰戊二胺染色观察自噬小体。MTT（3-2,5-二苯基四氮唑溴盐染色）法检测3-甲基腺嘌呤（自噬抑制剂）刺激前后的细胞存活率。结果 间歇循环张力诱导后0 h组与3 h组为正常终板软骨细胞形态,呈多角形;12 h组略呈不规则形;24 h组和48 h组呈梭形改变。实时PCR显示24 h组和48 h组中Ⅱ型胶原、转录因子SOX-9及蛋白多糖的表达量降低;自噬相关基因LC3和Beclin-1表达量呈时间依赖性增加。单丹磺酰戊二胺染色显示24 h组和48 h组自噬发生率呈时间依赖性增加。MTT结果显示细胞存活率呈降低趋势;添加3-甲基腺嘌呤刺激后细胞活性减弱、存活率降低。结论 间歇循环张力刺激下终板软骨细胞表型逐渐丧失;自噬相关基因LC3与Beclin-1表达明显上调,但细胞活性降低;抑制自噬水平可降低细胞存活率,提示自噬参与了间歇循环张力诱导的终板软骨细胞退变过程。     

重组腺病毒介导外源性SOX9在正常关节软骨细胞中诱导软骨基质合成的体外表达

背景：关节软骨损害是临床一种常见的损伤,软骨形成转录因子SOX9是一种调控Ⅱ型胶原合成的关键因子。 目的：观察以表达外源性SOX9的腺病毒体外成功感染关节软骨细胞后对Ⅱ型胶原和蛋白聚糖（Aggrecan）合成的影响,探讨软骨损伤后修复软骨缺损的基因治疗方法。 方法：体外构建腺病毒载体AdSOX9和AdGFP,成功感染培养的人关节软骨细胞,分别以逆转录聚合酶链式反应（RT-PCR）技术检测了病毒感染前后SOX9、II型胶原和蛋白聚糖基因mRNA的表达,同时以免疫组化技术检测了病毒感染前后关节软骨细胞中Ⅱ型胶原的表达。 结果：应用AdEasy腺病毒构建专利技术体外成功构建了能高效表达外源性SOX9的腺病毒AdSOX9和只表达绿色荧光蛋白GFP的腺病毒AdGFP;以腺病毒AdSOX9和AdGFP体外成功感染人关节软骨细胞后48h,未感染对照组和AdGFP感染组,均检测到了Ⅱ型胶原和蛋白聚糖的表达;而AdSOX9感染组的细胞中,检测到了SOX9基因mRNA的表达明显增高,与未感染对照组和AdGFP感染组相比有显著性差异（P〈0．05）,同时,Ⅱ型胶原和蛋白聚糖的表达也较未感染对照组和AdGFP感染组明显增高,差异显著（P〈0．05）。 结论：以外源性SOX9为目的基因的腺病毒介导基因治疗方法,在促进关节软骨细胞Ⅱ型胶原和蛋白聚糖合成方面得出了初步满意的结果,SOX9可能是关节软骨缺损基因治疗研究领域一个新的理想靶点,值得继续深入研究。     

Matrix metalloproteinase-9 expression, tartrate-resistant acid phosphatase activity, and DNA fragmentation in vascular and cellular invasion into cartilage preceding primary endochondral ossification in long bones.

Vascular and cellular invasion into cartilage are essential for endochondral ossification. Recently it has been shown that matrix metalloproteinase-9 (MMP-9)/gelatinase B is a key regulator of growth plate angiogenesis and apoptosis of hypertrophic chondrocytes. To study vascular and cellular invasion into cartilage preceding primary endochondral ossification in long bones, precursor femurs from 13- to 16-day-old murine embryos were sectioned. Tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) activity, in situ hybridization for matrix metalloproteinase-9 (MMP-9), immunostaining for CD31, and in situ detection of apoptosis (TUNEL) were studied. TRAP activity, MMP-9 mRNA, and CD31 expression were initially detected in the intertrabecular spaces of the perichondral collar, and then in cells migrating into the cartilage. The first cells involved in the primary invasion into cartilage were CD31-positive vascular endothelial cells and MMP-9-positive cells, followed by TRAP-positive cells. At the cartilage-marrow interface, CD31-positive vascular endothelial cells and MMP-9-positive cells were predominant. These results suggest that MMP-9-positive cells cooperate with vascular endothelial cells in cartilage angiogenesis. TUNEL-positive staining was detected on chondrocytes attached to the inner surface of the perichondral collar, and also detected in the area where cartilage was removed. These results suggest that chondrocytes separated from the cartilage matrix may undergo apoptosis.     

Enhanced chondrogenesis from chondrocytes co-cultured on mesenchymal stromal cells: Implication for cartilage repair

Cellular therapy based on chondrocytes implantation is the most widely used procedure for inducing cartilage regeneration. However, the dedifferentiation process that these cells suffer and their limited capacity of proliferation, when they are cultured in vitro, restrict their use in cellular therapy protocols. To investigate the capacity of mesenchymal stromal cells (MSCs) to promote chondrogenesis from chondrocytes or chondrons in 2D and 3D coculture systems. Murine chondrocytes and chondrons were cocultured with MSCs at different cell ratios (100/0, 50/50, 70/30, 0/100) in two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) culture systems. High proliferation of cells with chondrocyte morphology, enhanced GAG production and expression of cartilage genes (aggrecan, type II collagen, and SOX-9) were observed in chondrocytes/MSCs cocultures. In contrast, fibroblastoid cells, down-regulation of cartilage gene expression and reduction of GAG production were observed in chondrons/MSCs cocultures. Chondrocytes within cartilage lacunae and surrounded by extracellular matrix were observed in chondrocytes/MSC pellets. MSCs promote the proliferation of functional chondrocytes in 2D and 3D culture systems. Transplantation of chondrogenic construct based on MSCs and chondrocytes may constitute a potential treatment for inducing cartilage repair.     

利用脂肪干细胞构建软骨修复兔膝关节软骨缺损的初步研究

目的 利用兔同种异体软骨脱细胞基质支架和脂肪干细胞体外构建组织工程软骨,探讨其修复关节软骨损伤的可行性.方法 将新西兰大白兔的脂肪干细胞与软骨脱细胞基质支架复合,于软骨细胞方向诱导培养基中培养两周,构建组织工程软骨.兔24只随机分为A、B、C 3组, A组关节软骨缺损处置入经诱导的脂肪源干细胞复合软骨基质支架, B组缺损处只置入软骨基质支架, C组软骨缺损处不做任何处理.分别于术后第12周处死动物,修复处行大体、组织学、Ⅱ型胶原免疫组化染色和透射电镜检测.结果 A组软骨缺损处被类软骨组织填充,修复区表面光滑;Ⅱ型胶原免疫组化染色和甲苯胺蓝染色阳性;电镜下可见软骨陷窝内有细胞结构存在,且有大量均匀颗粒状细胞分泌基质成分存在,细胞周围大量胶原纤维.B组软骨缺损处为纤维组织状物填充,C组软骨缺损处无修复组织填充.结论 脂肪干细胞与软骨脱细胞基质复合并向软骨诱导后可良好地修复关节软骨缺损,具有替代正常软骨的潜力.