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.     

TGF-β3和BMP-7腺病毒共转染兔骨髓间充质干细胞向类髓核细胞分化的研究

【摘要】 目的：探讨利用转基因技术构建的转化生长因子β3（transforming growth factor beta 3,TGF-β3）和骨形态发生蛋白7（bone morphogenetic protein 7,BMP-7）重组腺病毒转染兔骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchyme stem cells,BMSCs）,诱导其向类髓核细胞分化的可行性。方法：将培养获得的BMSCs分成5组,A：空白对照组,B：免疫荧光对照组,C：TGF-β3单独转染组,D：BMP-7单独转染组,E：TGF-β3+BMP-7共转染组。利用转基因技术构建的TGF-β3和BMP-7重组腺病毒对BMSCs进行转染,荧光显微镜观察其转染效率,培养14d后,再以Western-Blot方法检测A、C、D、E组细胞TGF-β3和BMP-7蛋白分泌情况,以Realtime PCR方法检测各组蛋白聚糖（ACAN）、Ⅰ型胶原（Collagen Ⅰ）、Ⅱ型胶原（Collagen Ⅱ）、Ⅹ型胶原（Collagen Ⅹ）、SOX9基因表达水平,明确腺病毒转染后兔骨髓间充质干细胞的分化情况。结果：以TGF-β3和BMP-7重组腺病毒转染兔BMSCs后常规DMEM培养基培养14d,细胞形态出现明显变化,圆形及椭圆形细胞明显增多。Western blot方法检测,共转染组TGF-β3和BMP-7蛋白表达水平明显增高。培养14d时,Realtime PCR检测ACAN、Collagen Ⅰ、Collagen Ⅱ、SOX9基因的表达水平转染组（C、D、E组）较对照组（A、B组）明显升高（P<0.05）,其中Collagen Ⅰ和SOX9表达单独转染组（C、D组）与共转染组（E组）比较差异无显著性（P>0.05）,Collagen Ⅱ表达共转染组较单独转染组明显增高（P<0.05）。TGF-β3单独转染组和共转染组的Collagen Ⅹ基因表达较BMP-7单独转染组和对照组明显降低（P<0.05）。结论：转基因技术重组TGF-β3和BMP-7腺病毒可成功转染兔BMSCs,获得TGF-β3和BMP-7蛋白的表达。TGF-β3和BMP-7腺病毒共转染兔BMSCs后,可有效诱导兔BMSCs向类髓核细胞方向分化。     

TGF-β2转染关节软骨细胞的实验研究

目的 观察人关节软骨细胞在体外单层培养过程中的去分化，以及转染TGF-β2在关节软骨细胞内的表达和对去分化的抑制作用。方法 从手术中切除的软骨组织中分离培养成人关节软骨细胞，通过脂质体介导的方法将已构建的pcDNA3.1( )/TGF-β2转染到体外单层培养的软骨细胞中，采用RT-PCR，ELISA、组织学染色、免疫组化和原位杂交的方法．分别对转染组和未转染组的第1、6、9代细胞进行检测，比较目的基因表达、软骨细胞形态以及胶原和多糖生物合成的差异．结果 经多次传代后，未转染软骨细胞在体外单层培养过程中逐渐走向去分化．TGF-β2、Ⅱ型胶原和蛋白多糖聚糖体的表达逐渐减低．而Ⅰ型胶原的表达增高，目的基因在转染组各代软骨细胞内均得到表达，转染后细胞保持软骨细胞的形态，Ⅱ型胶原和蛋白多糖聚糖体表达虽有降低．但均高于未转染的同代细胞，而Ⅰ型胶原表达增高的程度低于未转染细胞。结论 人关节软骨细胞在体外单层培养中有去分化趋势；pcDNA3.1( )/TGF-β2真核表达载体转染人关节软骨细胞获得成功．在转染后关节软骨细胞内稳定表达．并对软骨细胞的去分化有抑制作用。     

低氧环境和生长分化因子-5联合诱导促进人骨髓基质干细胞分化成软骨细胞的研究

目的 探讨低氧环境下生长分化因子-5 (GDF-5)诱导人骨髓基质干细胞(hBMSCs)“自组装”形成工程化软骨的可行性和有效性。方法 分离培养hBMSCs,流式细胞学方法鉴定。将hBMSCs用含100 ng/mL GDF-5软骨诱导液(CM)分别在低氧（A组）和正常氧（B组）环境下诱导培养3周,RT-PCR检测Ⅱ型胶原和Aggrecan表达情况。将A、B两组hBMSCs消化后,按一定密度接种于2％琼脂糖包被的24孔板,在不同氧浓度下CM继续诱导3周,免疫组化法检测组织Ⅰ、Ⅱ型胶原表达,甲苯胺蓝染色检测葡萄糖胺聚糖(GAG)表达。结果 hBMSCs呈梭形漩涡状生长,高表达CD44、CD29,不表达CD45分子。诱导5d后A组细胞较B组明显增殖,诱导10dA组细胞体积较B组小。含GDF-5的CM诱导hBMSCs 3周后,Ⅱ型胶原和Aggrecan mRNA表达阳性,A组Ⅱ型胶原和Aggrecan表达量较B组均明显增加,差异有统计学意义(P＜0.05)。GDF-5诱导hBMSCs可“自组装”形成一定形状大小类软骨样组织,A组Ⅱ型胶原表达较B组增加,A组Ⅰ型胶原表达量下降,B组表达阳性;A组甲苯胺蓝染色异染加深。结论 低氧促进GDF-5诱导hBMSCs向软骨分化,低氧环境下GDF-5诱导软骨分化的hBMSCs“自组装”形成的工程化软骨更具有软骨表型。     

人骨髓间充质干细胞向软骨细胞定向分化的研究

目的探讨体外单层培养中诱导人骨髓间充质干细胞(Human Bone Marrow-derived Mesenchymal Stem Cells,hBMSCs)向软骨细胞定向分化的条件.方法采集志愿者骨髓3例,分离培养BMSCs,流式细胞仪分析表面标志.用含TGF-β1的无血清诱导培养基培养7d后,分别行Ⅱ型胶原免疫组化、原位杂交检测,碱性磷酸酶染色,3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷(3H-TdR)掺入实验检测细胞的增殖情况.结果培养的BMSCs表达CD9,而CD34、CD38、CD45、CD61呈阴性.细胞经诱导培养7d后免疫组化、原位杂交可检测到Ⅱ型胶原的表达,碱性磷酸酶染色呈弱阳性,但细胞3H-TdR掺入量低于对照组(P<0.05).结论BMSCs在特定的诱导下能向软骨细胞方向分化,但在无血清培养基中无法有效的增殖.     

人BMP-4腺病毒表达载体对人退变腰椎间盘细胞的影响

目的研究人BMP-4腺病毒表达载体(adenovirus human BMP-4,Ad-hBMP-4)转染体外培养人退变腰椎间盘细胞后,对细胞蛋白多糖、Ⅱ型胶原及Sox9表达的影响。方法取Ad-hBMP-4重组腺病毒进行扩增,并检测病毒滴度。取ModicⅢ级、27～50岁腰椎间盘突出症患者自愿捐赠的退变椎间盘体外分离、培养椎间盘细胞,激光共聚焦显微镜观察Ⅱ型胶原在细胞中的表达。取第1代椎间盘细胞转染Ad-hBMP-4重组腺病毒(实验组),应用RT-PCR和Western blot法分别检测病毒转染后3、6 d细胞蛋白多糖、Ⅱ型胶原、Sox9基因及蛋白多糖、Ⅱ型胶原蛋白的表达,与未转染细胞(对照组)进行比较。结果 Ad-hBMP-4重组腺病毒滴度为5×106PFU/mL。激光共聚焦显微镜观察示Ⅱ型胶原主要表达于椎间盘细胞质。Ad-hBMP-4重组腺病毒转染后细胞形态无明显变化。转染3、6 d后实验组蛋白多糖、Ⅱ型胶原、Sox9 mRNA表达以及蛋白多糖、Ⅱ型胶原蛋白表达均显著高于对照组,比较差异有统计学意义(P<0.05);实验组各指标3、6 d间比较差异亦有统计学意义(P<0.05)。结论 Ad-hBMP-4可有效转染体外培养人退变椎间盘细胞,促进细胞蛋白多糖、Ⅱ型胶原及Sox9表达,提示hBMP-4可能对早期退变的椎间盘具有修复功能。     

不同时期bFGF或副甲状腺激素相关肽对TGF-β1诱导的兔BMSCs向软骨细胞分化的影响

目的探讨bFGF和副甲状腺激素相关肽(parathyroid hormone-related protein,PTHrP)对TGF-β1诱导兔BMSCs向软骨细胞分化的影响。方法 2月龄健康日本大耳白兔3只,雌雄不限,体重1.6～2.1 kg;取兔胫骨骨髓分离培养BMSCs。取第3代细胞行团块状立体培养,并按照不同诱导条件分为TGF-β1组(A组)、TGF-β1/bFGF组(B组)、TGF-β1/21 d bFGF组(C组)、TGF-β1/PTHrP组(D组)、TGF-β1/21d PTHrP组(E组)。于团块状立体培养开始时,各组均加入10 ng/mL TGF-β1;B、D组同时加入10 ng/mL bFGF或10 ng/mL PTHrP;C、E组于培养21 d时对应加入10 ng/mLbFGF或10 ng/mL PTHrP。培养后1、2、3、4、5、6周检测各组BMSCs向软骨细胞分化的标志性基因Ⅰ型胶原(collagentypeⅠ,ColⅠ)、ColⅡ、ColⅩ和基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMP)13的表达,1、2、3、4、6周检测ALP活性,6周时行1,9二甲基亚甲蓝(1,9-dimethylmethylene blue,DMMB)染色观察细胞外基质分泌情况。结果 RT-PCR检测示,3周后C、E组ColⅠ基因表达呈显著下降趋势,4、5周时A组显著高于C、E组(P<0.05),3～6周A组显著高于B、D组(P<0.05);B、C组3、4周时及D、E组3周时比较,差异有统计学意义(P<0.05)。C、E组3周后ColⅡ、ColⅩ基因表达均逐渐下降,4～6周时显著低于A组(P<0.05);B、D组各时间点两基因表达均未见显著升高,与A组比较差异均有统计学意义(P<0.05)。A组各时间点MMP-13均未见明显表达,3周时B组与A、C组比较差异有统计学意义(P<0.05),D组显著高于A、E组(P<0.05)。随着时间延长A组ALP活性逐渐升高,4周后C、E组显著下降,均低于A组(P<0.05);B、C组间及D、E组间比较,仅在2、3周时差异有统计学意义(P<0.05)。DMMB染色显示6周时A组软骨陷窝明显,其余各组软骨陷窝明显较少。结论 bFGF和PHTrP能通过改变软骨细胞外基质的合成和分解,抑制TGF-β1诱导的兔BMSCs向软骨细胞分化。这种抑制作用不仅通过抑制ColⅩ基因表达而实现,可能还通过抑制其他软骨分化相关蛋白实现。     

细胞共培养法诱导兔脂肪来源干细胞向软骨细胞分化的实验研究

目的利用软骨细胞与脂肪来源干细胞(adipose-derived stem cells,ADSCs)共培养,观察ADSCs是否能向软骨细胞定向分化。方法 4月龄健康新西兰大白兔8只,雌雄不限,体重2.2～2.7 kg,分离、培养兔软骨细胞和ADSCs,取第2代细胞用于实验。将实验分为两组,实验组各取将1 mL细胞密度为2×104个/mL的软骨细胞和ADSCs分别接种至Transwell小室6孔板上、下层共同培养,对照组单独培养ADSCs。倒置相差显微镜观察两组ADSCs形态变化;培养14 d后行甲苯胺蓝染色、Ⅱ型胶原免疫组织化学染色,实时荧光定量PCR检测两组ADSCsⅡ型胶原、蛋白聚糖、SOX9 mRNA表达。结果倒置相差显微镜观察示,随培养时间延长,实验组ADSCs逐渐变为软骨样细胞形态,呈圆形;对照组ADSCs仍以梭形为主,呈束状或漩涡状生长。培养14 d,实验组甲苯胺蓝染色、Ⅱ型胶原免疫组织化学染色均为阳性;对照组均为阴性;实时荧光定量PCR检测示,实验组Ⅱ型胶原、蛋白聚糖、SOX9 mRNA相对表达量分别为1.43±0.07、2.13±0.08、1.08±0.08,显著高于对照组(0.04±0.03、0.13±0.04、0.10±0.02),差异均有统计学意义(P<0.05)。结论通过与软骨细胞共同培养,ADSCs可定向分化为软骨细胞。     

不同胶原支架对髓核间充质干细胞分化的影响

目的 :比较不同胶原支架中髓核间充质干细胞(NPMSCs)的细胞存活、增殖能力和分化相关基因及蛋白表达等方面的差异。方法:在体外构建Ⅰ型、Ⅰ/Ⅱ型混合和Ⅱ型胶原支架,观察其显微结构、孔隙率及降解特性。从健康雄性大鼠尾椎提取NPMSCs,分别采用细胞微球、Ⅰ型胶原、Ⅰ/Ⅱ型混合胶原、Ⅱ型胶原支架培养,其中细胞微球作为对照。通过乳酸脱氢酶(LDH)检测材料生物毒性,CCK-8测定细胞增殖,实时定量PCR和Western Blot测定SOX9、聚集蛋白聚糖、Ⅰ型胶原和Ⅱ型胶原的基因和蛋白表达水平,阿尔新蓝组织学染色检测硫酸蛋白聚糖的表达。结果:Ⅰ型、Ⅰ/Ⅱ型混合和Ⅱ型胶原支架孔隙率均为90%以上,构建21d后的降解率分别为(10.30±0.66)%、(9.87±0.71)%和(10.40±0.53)%。培养后7d细胞LDH检测结果Ⅰ型、Ⅰ/Ⅱ型混合和Ⅱ型胶原支架组分别为12.24±0.65、12.13±1.03、12.67±1.15,与对照组12.50±1.32比较无显著性差异(P0.05)。胶原支架中培养5d及7d的细胞CCK-8检测结果 (Ⅰ型胶原组为0.67±0.04、1.20±0.05,Ⅰ/Ⅱ型混合胶原组为0.62±0.05、1.20±0.07,Ⅱ型胶原组为0.69±0.02、1.34±0.04)明显高于对照组(0.53±0.03,1.02±0.02)(P0.05)。培养21d后,三种胶原支架组与对照组比较,SOX9、Ⅰ型胶原、Ⅱ型胶原及聚集蛋白聚糖的基因表达均显著上升(P0.05),其中Ⅱ型胶原支架组上述基因表达量最高,与Ⅰ型及Ⅰ/Ⅱ型混合胶原支架组有显著性差异(P0.05);与对照组比较,Ⅰ型胶原支架组中仅Ⅰ型胶原及聚集蛋白聚糖的蛋白表达上升(P0.05);Ⅰ/Ⅱ型混合及Ⅱ型胶原支架组中SOX9、Ⅰ型胶原、Ⅱ型胶原及聚集蛋白聚糖的蛋白表达有显著上升(P0.05),其中Ⅱ型胶原支架组上述蛋白表达量最高,且与Ⅰ型及Ⅰ/Ⅱ型混合胶原支架组有显著性差异(P0.05)。阿尔新蓝组织学染色检测硫酸蛋白聚糖在Ⅱ型胶原支架组表达明显高于其余各组。结论:Ⅰ型胶原、Ⅰ/Ⅱ型混合胶原、Ⅱ型胶原支架均促进NPMSC的分化,而Ⅱ型胶原支架促进NPMSC成髓核细胞分化作用尤为显著。Ⅱ型胶原是髓核组织工程学的理想生物支架材料。     

TGF-β3修饰退变髓核细胞移植修复兔退变椎间盘的效果观察

目的探讨TGF-β3基因修饰后退变髓核细胞生物学效应以及植入兔退变椎间盘后对退变椎间盘的影响。方法将重组腺病毒载体Ad-TGF-β3与第2代退变髓核细胞按10∶1比例混合培养转染(Ad-TGF-β3组),待细胞融合后传代,MTT检测转染细胞增殖活性,Western blot检测TGF-β3蛋白含量,免疫细胞化学染色观察对数生长期转染细胞Ⅱ型胶原染色阳性率;采用病毒空载体转染髓核细胞(Adv组)和未经转染髓核细胞(空白组)作为对照。取30只新西兰兔,体重3.2～3.5 kg,雌雄不限,通过针刺L3、4、L4、5和L5、6椎间盘制备椎间盘退变模型。将实验动物按照随机数字法分为3组,转染细胞组(A组,n=12)、退变细胞组(B组,n=12)和空白对照组(C组,n=6)。A、B组将100μL浓度为1×105个/mL对应细胞悬液注射入退变椎间盘,C组同法注入等量PBS。注射后6、10、14周取A、B组各4只、C组2只实验动物处死,取L3、4、L4、5和L5、6椎间盘行组织学观察,RT-PCR检测Ⅱ型胶原和蛋白多糖mRNA表达。结果 Ad-TGF-β3转染后髓核细胞活性明显改善;转染后3、7、14 d,TGF-β3在髓核细胞内表达逐渐升高;Ad-TGF-β3组髓核细胞细胞质内见棕黄色Ⅱ型胶原阳性染色,阳性率显著高于Adv组及空白组(P<0.05)。组织学观察示,A组椎间盘退变程度较B、C组明显减轻。6、10、14周A组Ⅱ型胶原和蛋白多糖mRNA表达显著高于B、C组,差异均有统计学意义(P<0.05)。结论 TGF-β3基因修饰退变髓核细胞后可明显改善细胞生物活性,转染后髓核细胞植入兔体内可明显增加退变椎间盘的基质分泌。