骨髓间充质干细胞向成肌细胞诱导分化及大鼠间异体移植的研究

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目的:骨髓间充质干细胞(MSCs)具有向成肌细胞、成骨细胞、成软骨细胞、成脂细胞及神经细胞等多种成熟细胞分化的潜能,其来源丰富,分离、培养较为容易,在体外可多次扩增,自体移植不存在组织配型及免疫排斥的问题。由于MSCs具有上述优点,使其引起了广泛的关注,尤其是组织修复方面,可将其应用于器官及组织的修复治疗中。本实验通过研究骨髓间充质干细胞在不同条件下分离、纯化、传代、鉴定及诱导,得出培养骨髓间充质干细胞的最佳培养条件。并进一步用5-氮杂胞苷(5-Aza-CR)诱导其向成肌细胞分化,将诱导后的干细胞用BrdU标定,移植入SD大鼠膀胱肌层,观察其在膀胱肌层的存活及分布状况。方法:(1) MSCs的分离培养(2) MSCs的鉴定(3) MSCs的传代培养(4)不同种植密度对MSCs生长的影响(5)不同浓度胎牛血清对MSCs生长的影响(6)传代细胞的生长曲线(7)5-Aza-CR诱导MSCs分化为成肌细胞(8) MSCs受5-Aza-CR诱导后肌分化相关蛋白的表达(9) BrdU转染及鉴定(10)骨髓间充质干细胞异体移植结果:(1) MSCs的分离培养脱颈处死6周龄SD大鼠1只,75%酒精浸泡5min灭菌,取出大鼠双侧胫骨及股骨,剪去长骨两端,暴露骨髓腔,5ml注射器反复冲洗得到单细胞悬液,移入细胞培养瓶中。根据MSCs与杂质细胞的贴壁时间差纯化干细胞,镜下可见细胞开始贴壁变形,原代干细胞呈圆形、三角形、多角形,杂质细胞形态呈圆形或不贴壁。培养48h后,显微镜下观察可见贴壁细胞数量明显增多,部分呈集落样生长。培养4~6d后,贴壁细胞分裂增殖明显,可见较多的分裂相,随着细胞数目增多,二维生长的干细胞群内空间趋于狭窄,故出现漩涡样,成纤维样细胞集落。(2) MSCs的鉴定对干细胞的鉴定仍然是一个难题,目前尚无统一的、权威的标准。目前的现状是,大多数人采用联合应用多种抗体分离鉴定MSCs,一般采用排除法或推逆法对其进行鉴定。目前最常用的间充质干细胞阳性标记物有:SH-2、SH-3、SH-4、CD29、CD44、CD54、CD73、CD105、CD166等;阴性标记物有:CD14、CD34、CD45、CD34、CD31、VWF等,本实验选择CD29,CD44作为阳性标记物,CD34,CD45作为阴性标记物,以免疫组化法检测细胞特异性抗原。(3) MSCs传代培养10-14天,细胞密度逐步增加,融合成片。传代接种后的细胞分布均匀,以梭状为主。传1、2代的MSCs形态均一,呈长梭形,杂质细胞随传代、换液逐渐减少。培养至传P8(传八代)细胞,干细胞仍然存活,但细胞生长缓慢,形态开始变化,折光性较差,开始脱壁凋亡。(4)不同种植密度对MSCs生长的影响在106/ml密度接种时MTT比色法检测OD490值最大,活细胞数量多,细胞活性较好,较利于MSCs的生长。(5)不同浓度胎牛血清对MSCs生长的影响在10%~15%的胎牛血清浓度时MTT比色法检测OD490最高,证明10%~15%血清浓度最适宜MSCs生长。(6)传代细胞的生长曲线细胞生长曲线呈S形,增殖包括滞留期、对数生长期、平台期三个时期,P1(传一代)细胞增殖较快,其速度明显快于其他时期。(7)5-Aza-CR诱导MSCs最适浓度测定及诱导效果不同浓度5-Aza-CR诱导MSCs,在10umol/L的浓度时MTT比色法检测OD490最高,证明10umol/L5-Aza-CR浓度最适宜MSCs诱导。以10umol/L5-Aza-CR诱导传MSCs,4d后未发现干细胞胞体明显变化,10d见小部分细胞胞体增大、变长,13d可见部分细胞相互接触,至15d-17d可见有类肌管样结构出现。(8) MSCs受5-Aza-CR诱导后肌分化相关蛋白的表达诱导后的细胞4d检测,未发现细胞表达肌细胞特异抗原,诱导后的细胞12d后,细胞表达desmin(结蛋白)明显呈阳性,5-Aza-CR诱导后14d表达myosin(肌动蛋白重链)程度明显呈阳性。(9) BrdU转染及鉴定在传3代干细胞中加入含BrdU40μg/ml标记培养基,转染48h,观察可见细胞生长良好,悬浮死亡细胞较少,进一步铺片以免疫组化法检测转染情况,可见部分细胞核呈棕黄色,说明转染成功。(10)骨髓间充质干细胞异体移植将诱导后的干细胞用BrdU标定,手术直视下移植入大鼠膀胱内,4周后取出大鼠膀胱,以免疫组化法检测发现,移植细胞在活体大鼠膀胱内可继续生存且分布均匀。结论:(1)骨髓提取培养后得到的不是单一种类细胞,骨髓间充质干细胞只占其中一小部分,需要人为施加影响因素,使其扩增,纯化,最终形成以干细胞为主的细胞群落。(2) MSCs生长先慢后快再慢,呈典型的S型曲线,在实验中我们发现P4以内的MSCs适应能力强,形态稳定,代谢旺盛,可用于后续实验研究。(3)初次换液最佳时间为2-4小时,视具体情况而定,换液间隔一般为3-5天,传代时间可根据实验需求灵活掌握。(4)最适合MSCs生长的环境为含10%胎牛血清和90%DMEM(L)的培养液,最适合MSCs向成肌细胞分化的环境为10%马血清、90%DMEM(L)和10μmol/L5-Aza-CR构成的诱导培养体系。(5)诱导后干细胞desmin(结蛋白)、myosin(肌动蛋白重链)均呈阳性表达,说明5-Aza-CR诱导MSCs向成肌细胞分化成功。(6)经鉴定,本实验提取的干细胞细胞表面标记抗原CD29,CD44呈阳性表达,CD34,CD45呈阴性表达,说明本实验培养体系中的主要细胞为骨髓间充质干细胞,纯度高,活性大,可以用于实验研究。(7)经检测,SD大鼠骨髓间充质干细胞在移植入膀胱逼尿肌无力模型鼠后,可继续存活于大鼠膀胱肌层内,移植后连续观察实验鼠3个月,未发现有不良反应,实验证实:SD大鼠骨髓间充质干细胞异体移植安全、有效。
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