脑源性神经营养因子基因修饰的人脐血干细胞移植对损伤脊髓组织的保护

目的:观察损伤脊髓组织经脑源性神经营养因子基因修饰的人脐血干细胞移植后,细胞内环境的改善及下肢运动功能、电生理指标的变化。方法:实验于2005-10/2006-09在广东医学院实验动物中心完成。①选取清洁级SD大鼠96只,随机数字表法分为4组:基因修饰细胞移植组、单纯细胞移植组、损伤对照组、正常对照组,24只/组。新鲜脐带血来源于广东医学院妇产科健康产妇,产妇及其家属均知情同意。脑源性神经营养因子的DNA由解放军第二军医大学提供。②基因修饰细胞移植组、单纯细胞移植组、损伤对照组大鼠制备脊髓半横断损伤模型,无菌条件下显露T7～9棘突及椎板,暴露T8平面脊髓,用弯刀将左侧半脊髓横向切断,再用负压吸引器吸除脊髓组织,形成一个2mm×2mm×2mm的间隙。③采集人脐血单个核细胞,以1×109L-1密度接种于含10mLDMEM/F12的培养皿中,同时以终浓度5μmol/L的Brdu标记,置于含体积分数为0.05的CO2细胞培养箱中,48h后磷酸盐缓冲液反复离心洗涤,制备密度为6×109L-1的人脐血干细胞悬液,进行脑源性神经营养因子DNA质粒的提取、鉴定、纯化,转染。④将转染的人脐血干细胞悬液重悬为2.5×1010L-1,取3μL浸透在与宿主脊髓损伤间隙大小一致的明胶海棉上,并将其植入基因修饰细胞移植组大鼠脊髓损伤处,确认植入后缝合硬脊膜、肌层及皮肤。单纯细胞移植组单纯植入含2.5×1010L-1高纯化的人脐血干细胞3μL的明胶海绵。损伤对照组仅植入明胶海绵。⑤移植术后24h,每组取8只大鼠进行脊髓水肿程度及离子含量检测。移植术后6,12周,每组各取8只大鼠以爬坡试验检测其下肢运动功能情况,并采用颅刺激法检查运动诱发电位。结果:各组24只SD大鼠均进入结果分析。①脊髓水肿程度及离子含量:脊髓损伤后组织水肿及Na 、Ca2 含量升高,K 、Mg2 含量降低,经脑源性神经营养因子基因修饰的人脐血干细胞脊髓内移植后可显著改善上述指标。与损伤对照组比较,基因修饰细胞移植组脊髓含水量及Na 、Ca2 含量显著降低(t=1.77～1.79,P均<0.05),K 、Mg2 含量升高(t=2.05～2.41,P均<0.05)。②下肢运动功能评估:移植术后6周,除正常对照组外各组大鼠左下肢均瘫痪,爬坡试验为0级。移植术后12周,基因修饰细胞移植组大鼠肌力恢复至Ⅱ级,单纯细胞移植组恢复至Ⅰ级。损伤对照组0级。③电生理检查:移植术后6周,基因修饰细胞移植组记录到运动诱发电位,而单纯细胞移植组、损伤对照组未记录到。术后12周,基因修饰细胞移植组、单纯细胞移植组大鼠均记录到运动诱发电位,但与基因修饰细胞移植组比较,单纯细胞移植组运动诱发电位潜伏期延长,波幅降低;损伤对照组仍未记录到运动诱发电位。结论:脑源性神经营养因子基因修饰的人脐血干细胞脊髓内移植对脊髓损伤起保护作用,其机制可能与减少神经细胞离子失衡、改善细胞内环境有关。

Protective effects of brain-derived neurotrophic factor gene-modified human umbilical cord blood stem cells on spinal cord injury following transplantation