关键词:
脱落乳牙牙髓干细胞
外泌体
成骨分化
条件培养基
骨再生
摘要:
目的:外泌体是细胞分泌的纳米级细胞外囊泡,是细胞间遗传物质传递的新载体,其在肿瘤标志物、癌症治疗、以及组织再生等多种病理和生理过程中起到了关键作用。脱落乳牙牙髓干细胞(Stem cells from human exfoliated deciduous teeth,SHED)是一种具有高增殖、多潜能分化能力且容易获得的干细胞,其来源的细胞外囊泡如外泌体研究较少。因此,本研究利用人脱落乳牙牙髓干细胞来源的外泌体(SHED-Exos)探究其在牙周炎小鼠体内的成骨效果和调节骨髓间充质干细胞(Bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)的体外成骨分化能力,为脱落乳牙牙髓干细胞来源的外泌体促进骨再生提供研究参考。方法:1.外泌体收集:SHED培养至第4-7代,收集细胞培养液,采用30%蔗糖垫超速离心法提取SHED-Exos,使用透射电子显微镜(Transmission electron microscope,TEM)观察SHED-Exos的形态特征,利用蛋白质印迹法(Western blot)对表面标记物CD63进行鉴定;***培养及生物学特性检测(1)骨髓间充质原代细胞取自10月龄小鼠股骨和胫骨,传代到第1代和第2代(P1-P2),观察细胞形态及多向分化能力;(2)将BMSCs与磷酸盐缓冲液(Phosphate balanced solution,PBS)、SHED-Exos(1μg/ml)和SHED-CM(Conditional medium,CM)共培养,利用细胞计数试剂盒(Cell counting kit-8,CCK-8)检测各处理组BMSCs增殖能力。我们利用5μM喜树碱诱导BMSCs细胞凋亡,通过不同处理、利用流式细胞术检测细胞凋亡变化;(3)为了检测BMSCs成骨水平的情况,将PBS、SHED-Exos、SHED-CM分别加入成骨诱导培养基中培养BMSCs,成骨诱导3天后,通过实时荧光定量反转录聚合酶链反应(Quantitative real time polymerase chain reaction,q RT-PCR)检测ALP、Runx2成骨基因表达;成骨诱导7天,利用对硝基苯基磷酸酯溶液(p-Nitrophenyl Phosphate,p-NPP)检测碱性磷酸酶(Alkaline phosphatase,ALP)活性;成骨诱导14天,通过q RT-PCR检测Runx2、Osx成骨基因表达,茜素红染色观察矿化结节形成,并使用氯化十六烷基吡啶溶液进行定量,利用Western blot检测Runx2蛋白翻译水平差异;(4)将PBS、SHED-Exos、SHED-CM分别加入成脂诱导培养基中,再通过q RT-PCR检测成脂基因过氧化物酶体增殖物激活受体(Peroxisome proliferator-activated receptorγ,PPARγ)的表达水平情况;显微镜下观察不同处理组脂滴生成差异并进行定量分析;(5)利用1μg/ml脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)刺激BMSCs 24小时,以诱导促炎症相关基因的表达。同时加入PBS、SHED-Exos(10μg/ml或1μg/ml)、SHED-CM与BMSCs共培养24小时,通过q RTPCR检测促炎症因子白介素6(Interleukin-6,IL-6)和肿瘤坏死因子α(Tumor necrosis factor-α,TNF-α)的表达水平差异。3.牙周炎模型建立:选取10月龄小鼠,在小鼠上颌第一磨牙周围利用5-0丝线进行牙周结扎,14天后去除结扎线,同期在第一磨牙牙周颊、腭侧局部注射PBS或SHED或SHED-Exos,每周注射一次,两周后对小鼠上颌进行取材,通过微计算机断层扫描技术(Micro computed tomography,Micro CT)扫描,进行3D重建,分析第一磨牙颊、腭侧骨再生情况,并测定近、远中釉牙骨质界(Cementum-enamel junction,CEJ)到牙槽骨嵴顶(Alveolar bone crest,ABC)距离,通过组织学切片,进行HE和Masson染色观察新生骨质情况;结果:***细胞培养至P4-P7代,细胞呈大小均匀的长梭形或纺锤状形态,利用超高速离心法提取的SHED-Exos,使用TEM观察提取的外泌体为直径100nm左右的球状膜包裹结构,Western blot显示CD63表达阳性;2.为了进一步探寻外泌体对于骨髓间充质干细胞/基质细胞的生物学调控作用,我们从10月龄小鼠胫骨和股骨骨髓内分离并培养骨髓来源间充质干细胞。培养至P1-P2代的细胞呈梭形并且可向成骨成脂方向分化,用于后续实验。SHED-Exos可促进BMSCs增殖,无明显抑制早期凋