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目的:外伤、感染、先天性遗传病等原因可导致角膜内皮细胞发生不可逆损伤,定向诱导胚胎干细胞向角膜内皮细胞进行分化,对治疗角膜内皮相关疾病及重建组织工程角膜具有重要临床意义。目前国内外已有研究表明,利用小分子化合物或基因重编程方法,可诱导胚胎干细胞分化为角膜内皮样细胞,但诱导内皮细胞的效率仍不理想,诱导方案有待进一步改善。本研究旨在利用人胚胎干细胞的多向分化潜能特性,探索新的诱导方法促使人胚胎干细胞向人角膜内皮样细胞分化。 方法:利用AggreWellTM板将人胚胎干细胞(human embryonic stem cells,hESCs)制备成具有向三个胚层分化潜能的拟胚体(embryonic bodies,EBs),将EBs转移至超低吸附六孔板中进行3D培养,加入维甲酸(retinoid acid,RA)促使EBs向神经嵴细胞(neural crest cells,NCCs)方向分化,之后接种于包被了硫酸软骨素、层粘连蛋白及纤粘连蛋白的六孔板中,更换为人角膜基质细胞条件培养基(贴壁培养第一阶段诱导分化培养基)培养3天,使其分化为眼周间充质前体细胞(periocular mesenchymal precursors,POMPs),而后更换培养基为人角膜内皮细胞分化培养基(贴壁培养第二阶段诱导分化培养基)继续培养4-12天,使其进一步分化为人角膜内皮样细胞。利用免疫荧光染色方法检测POMPs相关标记物FOXC1和PITX2,以及角膜内皮细胞分化标记物Na+/Ka+ATP酶(Na+/Ka+ATPase),N型钙黏素(N-cadherin),波形蛋白(Vimentin),紧密连接蛋白(ZO-1)等。流式细胞仪检测Vimentin阳性细胞比例,Western blotting方法检测HCEC标志蛋白Na+/Ka+ATP酶的表达,证实目的细胞具有角膜内皮样特性。 结果:EBs经RA处理后,更换第一阶段诱导分化培养基进行贴壁培养,观察细胞形态,可见大量梭形细胞自EBs中向周边迁出,NCCs相关标记物呈阳性;第一阶段诱导分化3d后,免疫荧光染色结果显示大部分细胞对POMPs相关标记物PITX2及FOXC1呈阳性表达。更换贴壁培养第二阶段诱导的条件培养基对细胞进行诱导分化4d后可见EBs周边出现少量紧密排列的六边形细胞,细胞数量随培养天数逐渐增加,8d后可见EBs周边出现大量与人角膜内皮细胞(humancorneal endothelial cells,HCEC)形态一致的六边形细胞;在第二阶段诱导细胞的8d,进行细胞内HCEC相关标记物N-cadherin,Na+/K+-ATP酶,ZO-1及Vimentin的免疫荧光染色,部分细胞对以上四种标记物均表达阳性结果;分别在第二阶段诱导分化的4d、8d及12d对细胞进行流式细胞仪进行Vimentin检测,结果显示细胞对Vimentin的表达在第二阶段诱导的8d达到峰值。采用Western blot方法检测Na+/K+-ATP酶,其结果显示细胞在第二阶段诱导分化的8d,表达目标蛋白的阳性细胞达到峰值,与流式检测结果一致。 结论:本研究通过小分子化合物与条件培养基联合、三维与二维培养相结合的方法,成功将hESCs诱导分化为人角膜内皮样细胞,根据免疫荧光染色结果,该角膜内皮样细胞可同时表达HCEC相关标记物N-cadherin,Na+/K+-ATP酶,ZO-1及Vimentin,流式细胞检测显示HCEC标志物阳性细胞率超过40%,为之后构建组织工程角膜、角膜内皮相关疾病的临床治疗提供了细胞来源。