关键词:
脂肪间充质干细胞
椎间盘退变
化学微环境
大鼠
转化生长因子β3
聚乳酸聚乙醇酸共聚物
摘要:
背景 椎间盘(The intervertebral disc, IVD)由层状纤维环(annulus fibrosus, AF)包裹的髓核(nucleus pulposus, NP)构成。髓核中有大量的椎间盘相关基质蛋白,是由负电荷蛋白聚糖(proteoglycans, PG)和Ⅱ型胶原形成的网状结构。椎间盘在许多情况下都会发生退变,临床上极为常见,给国家医疗花费增加了沉重的负担。现有文献证明,代谢因素如基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases, MMPs),细胞凋亡,炎症相关细胞因子都会加速椎间盘的退变。目前临床上针对椎间盘都以对症治疗为出发点,以减轻痛苦和修补功能为目标,并没有对椎间盘病变进行根治或是对其在生物力学功能上进行修复。对于椎间盘的修复,针对退变早期,新型的生物学治疗方案是对椎间盘的基质进行再生以及正常功能的全面恢复。体外研究显示,TGF-β1, BMP-7, GDF-5和TGF-β3等生长因子会刺激椎间盘细胞的增殖及提高细胞外基质的合成能力。虽然一些研究提示GDF-5和BMP-7会椎间盘的退变产生抑制作用,但Walsh等的研究中,退变椎间盘的环状纤维只有对大剂量TGF-β1的体内注射产生即时效应,这些生长因子在体内短暂的半衰期成为阻碍生长因子治疗效果的瓶颈。微创治疗的微粒组装系统不但可以作为细胞和蛋白质缓释载体,而且在可以用于各种微创组织工程研究。明确的生物组织相容性和安全性,使得PLGA微球作为组织相容复合物被广泛应用于各种各样的生物组织工程研究。但是,培养在PLGA微球上的椎间盘细胞和间充质干细胞(mesenchymal stem cells, MSCs),在常规培养基条件下常常从软骨样细胞表型的干细胞分化为成纤维样细胞。因此,一些试验都在尝试着在椎间盘内髓核组织分化中,将特殊的生长因子和药物包装到PLGA微球上。在材料表面修饰的过程中,纳米颗粒在空间上可以被有序加工,用其制作的各式各样新型材料已被用于光学,电学,磁学设备,此外,生物支架材料的表面修饰可以增加细胞表面的相互作用增强细胞功能。值得一提的是,不同电荷的纳米微粒的层层组装(layer-by-layer assembly, LBL)已经用于新型纳米复合材料的制作,而且纳米多层结构材料也已经用于细胞培养和细胞移植。基于上述研究进展,本课题主要从以下五个方面进行了研究:(1)SD ADSCs的分离培养及鉴定;SD GFP/ADSCs和SD TGF-β3/ADSCs过表达细胞系的构建和鉴定;(2)椎间盘微环境对不同年龄来源ADSCs的活力、增殖和基质合成的影响;(3) DEX/TGF-β3/PLGA纳米微球的制备及对SD ADSCs活性、增殖及分化能力的研究;(4) DEX/TGF-β3/PLGA纳米微球/SD ADSCs复合物移植修复SD大鼠退变椎间盘的研究。 第一部分SD ADSCs的分离培养及鉴定;SD GFP/ADSCs和SD TGF-β3/ADSCs过表达细胞系的构建和鉴定 目的分离培养出SD大鼠ADSCs,然后通过三系分化和流式细胞术鉴定其干细胞特征。构建携带TGF-β3和GFP基因的慢病毒载体,转染到.ADSCs,进而药物筛选获得GFP/ADSCs和TGF-β3/ADSCs细胞系,同样鉴定其干细胞特征,为椎间盘退变性疾病的细胞学及基因治疗提供实验依据。 方法和结果我们首先采用机械剪碎组织,酶消化和贴壁法分离培养出SD大鼠ADSCs,通过研究干细胞形态,生长曲线,表面抗原标记表达谱及三系分化能力,对分离的ADSCs进行鉴定。然后利用Gateway技术构建携带TGF-β3和GFP基因的慢病毒载体,转染到ADSCs,进而药物筛选获得稳定表达TGF-β3和GFP基因的细胞系GFP/ADSCs和TGF-p3/ADSCS。最后,本文按照干细胞形态,表面抗原标记表达谱及三系分化能力,对细胞系GFP/ADSCs和TGF-β3/ADSCs进行鉴定;同时利用RT-PCR和Western Blot检测TGF-β3基因在三种细胞系ADSCs, GFP/ADSCs和TGF-β3/ADSCs中的表达情况。体外成功建立SD大鼠ADSCs培养扩增的方法,并成功诱导出成骨、成脂和成软骨细胞。ADSCs造血干细胞表型标志表达为阴性,而间充质干细胞表型标志表达为阳性。基因转染48h后观察到较强的绿色荧光表达,Lenti-GFP-TGF-β3及Lenti-GFP的转染率均达到90%以上。与GFP/ADSCs和ADSCs细胞相比,RT-PCR、Western blot检测到目的基因TGF-β3在TGF-β3/ADSCs中出现过表达(P<0.05)。此外,GFP/ADSCs和TGF-β3/ADSCs细胞系仍然具有干细胞特征。 结论分离培养出的SD大鼠ADSC