三种骨髓间充质干细胞移植方法对大鼠急性皮肤创面愈合作用的比较研究

来源 :第四军医大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:study1129
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急性皮肤创伤是非常常见的创伤,几乎见于所有外科创伤中,包括烧伤和辐射伤等。是由于正常皮肤受到外来因素的不良作用而产生破损,暴露真皮或真皮下层组织造成的。在此类创伤处理中,首要任务是有效覆盖创面,既要防止感染,又要防止组织液和血液渗出,同时还不引起机体的不良反应,为后续治疗和创面愈合创造良好环境。然而,普通覆盖物往往以人造材料为主,生物相容性较低,几乎不具备促进皮肤细胞增殖和愈合的能力,越来越难以满足愈合快速、美观的要求,特别是颌面部血管丰富皮肤的特殊美观要求。自体植皮手术不仅给患者造成二次创伤,同时也受限于患者自身条件。因此,找到一种有效促进皮肤愈合,达到美观功能要求的材料对于治疗皮肤创伤,特别是颌面部皮肤创伤,具有重要价值。骨髓间充质干细胞(Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells, BMMSCs),是一种源于中胚层并具有自我更新和多向分化潜能的成体干细胞,存在于成年动物的骨髓基质中,能够被分离培养并形成克隆。BMMSCs以其低抗原性、多向分化和分泌多种促血管新生因子与免疫调节因子的独特性能,在组织修复、器官移植和再生医学领域已有广泛应用。目前,主要应用途径包括静脉注射和在损伤部位周围局部注射BMMSCs,分别利用血液输送和趋化过程使BMMSCs到达创伤部位发挥修复作用。BMMSCs在某些炎性刺激后能分泌抑制过度炎症的因子和促血管化、成纤维细胞生长迁移的因子被认为是其促进创伤愈合的主要机制。细胞膜片技术是近年来出现的,以不使用胰酶消化而获得大量可供移植的细胞为特点的技术。细胞在特殊培养基诱导下依靠自身分泌的细胞外基质相连接成片状,并可用机械力或应用热敏材料将其从固相表面剥离。这为BMMSCs等一类拥有优良性质的细胞提供了一种全新的移植方式,避免了酶消化带来的细胞损失,使得移植细胞的性质能够最大限度的保留和发挥。目前,BMMSCs膜片已在骨折修复、牙周膜修复等多个领域成功应用,但用于皮肤损伤修复却未见报道。本实验采用大鼠来源的BMMSCs体外培养,经鉴定后构建BMMSCs膜片,旨在验证BMMSCs膜片移植与细胞悬液注射法在修复典型的全层皮肤损伤时,修复效果和具体机制上的区别,进而归纳出发挥BMMSCs促愈合功能的最佳途径,为今后临床上应用BMMSCs修复皮肤急性损伤提供实验依据。研究目的(1)验证体外稳定构建SD大鼠BMMSCs膜片的方法,并探讨BMMSCs膜片(BMMSCs-sheet)的形态学特点和分泌细胞外因子时的特殊性质;(2)构建大鼠背部急性全层皮肤创伤模型,并采用细胞膜片(BMMSCs-sheet, B-sheet)、静脉注射(intravenous-injection, int-in)和创面周围局部注射BMMSCs(local-injection, loc-in)三种方式移植BMMSCs,探讨和比较三组模型的创面愈合情况、血管化情况、和炎症情况;(3)比较三种移植方式的细胞在创面存活及对炎症状况的影响,探讨BMMSCs-sheet促进创伤愈合的主要机制。研究方法(1)采用全骨髓培养法分离培养荧光SD大鼠(GFP-SD Rats)骨髓间充质干细胞(GFP-BMMSCs)。并用流式细胞技术鉴定表面分子、绘制生长曲线、诱导多向分化等方式进行干细胞特性验证。(2)采用手术剪除的方法建立普通大鼠背部全层皮肤创伤模型,并将模型分为三组,分别移植成功培养的GFP-BMMSCs-sheet,尾静脉注射以及创面局部注射相同细胞量的GFP-BMMSCs。同时在每一组设置阴性对照。(3)分别在不同时间点(1,2,4,6-week)取材,收集创面愈合大小和血管化的直观形态学资料。(4)对创面组织切面后进行苏木精–伊红(HE)和马森三色染色,收集不同移植组创面组织炎症状况、真皮改建和胶原积累状况、附属器发育状况等并量化对比。(5)采用免疫荧光染色检测创面存活的GFP-BMMSCs和免疫细胞,并量化数据,找出相互关联。(6)提取创面新生组织的RNA,反转录后进行RT-PCR,对比不同移植组见相关炎性因子、促血管新生因子、免疫调节因子和胶原蛋白等表达情况。研究结果(1)分离培养的GFP-BMMSCs表达正常的间充质干细胞表面标志,不表达造血系统来源细胞表面标志,并具有克隆形成能力。茜素红、油红染色显示所培养的BMMSCs能够被诱导向成骨细胞、脂肪细胞方向分化。传代后GFP-BMMSCs在荧光显微镜下有明显荧光。(2)成功大鼠背部全层皮肤创伤模型,大鼠正常存活,无全身性不良反应和严重感染发生。(3)三种移植方法在愈合的1周和2周时(炎症反应期和增殖-迁移-收缩期)创面面积无明显差异。但在4周时三组创面面积显著小于各自对照组;B-sheet组创面面积明显小于int-in和loc-in两组,后两组间无显著差异;各对照组间也无明显差异。4周时,B-sheet组大鼠愈合皮肤血管化程度显著高于其他两组,后两组间无显著差异,对照组间无差异。(4) HE染色和马森染色显示B-sheet组愈合皮肤组织4周炎症细胞浸润状况低于int-in和loc-in组,规则胶原积累程度和胶原密度均高于后两组。(5)移植后4周,B-sheet组新生组织中表达GFP的细胞存活量显著高于int-in组和loc-in组,同时CD68阳性细胞数也多于后两组,CD45阳性细胞数则显著低于后两组。移植后4周,B-sheet组新生组织中炎性因子表达量显著低于int-in组和loc-in组以及对照组,促成纤维细胞生长因子和粗血管新生因子显著高于量注射组及对照组。研究结论(1)体外培养的大鼠BMMSCs可在诱导下形成细胞膜片,膜片有一定的强度和韧性,并能用机械力刮下。(2) BMMSCs-sheet表达多种促进愈合的细胞因子和蛋白。移植全层皮肤创面后,BMMSCs-sheet能促进创面愈合及血管化,效果优于静脉注射和创面局部注射。(3) BMMSCs-sheet能降低创伤后炎症反应强度,促进真皮基质较快较规则的沉积,效果优于静脉注射和创面局部注射。(4) BMMSCs-sheet移植后第四周,细胞在创面存活率高于静脉和创面局部注射。实现高存活率可能BMMSCs-sheet促进创面愈合的主要机制。
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