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研究背景及目的:
脊髓损伤(spinal cord injury,SCI)仍然是给社会和个人带来沉重负担的医学难题。中枢神经系统自我修复能力有限,脊髓损伤的治疗一直是神经科学研究的难点和热点。
神经干细胞(neliral stem cells,NSCs)移植成为中枢神经损伤治疗的研究重点,McDonald等、Ogawa等、Cao等先后将大鼠神经干细胞移植到损伤脊髓,观察NSCs在损伤脊髓中的存活、分化及对损伤脊髓的修复,均取得了一定的效果。但是,单纯NSCs移植治疗脊髓损伤效果并不十分显著,移植后环境巨变,NSCs分化率低,比例不协调;组织缺损难以修复,离临床应用还有相当的差距。
近年来组织工程的兴起为细胞移植提供了出路,合适的组织工程材料能够为移植细胞提供相对稳定的局部微环境,隔绝局部神经毒性物质的影响,为神经干细胞的存活、分化提供适宜的条件;同时为神经细胞的生长和轴突再生提供支架,修复组织缺损和空洞。自组装peptide胶作为一种新型的组织工程材料拥有众多优势。目前大鼠神经干细胞与自组装peptide纳米纤维支架共培养已获成功,二者联合移植修复脊髓损伤令人期待。
目前移植研究主要集中于啮齿类神经干细胞移植于啮齿类,由于啮齿类与人类在各方面相差巨大,在进行人类NSCs移植之前,在灵长类动物SCI模型上进行更加详尽的研究是非常有必要。
本实验拟从食蟹猴流产胚胎脑组织中分离、培养灵长类神经干细胞,并体外观察其在5%胎牛血清诱导下向神经细胞分化;拟实现猴神经干细胞与自组装peptide胶共培养并观察其向神经细胞分化,构建NSCs组织工程复合体。同时制作大鼠脊髓打击伤模型,将猴NSCs组织工程复合体移植治疗大鼠脊髓损伤,利用BBB运动评分、组织病理学、免疫组化检测及超微结构观察等手段,分析和评价猴神经干细胞与自组装peptide胶联合移植对急性SCI大鼠运动功能的修复作用及远期效果,在组织工程联合干细胞移植治疗脊髓损伤研究领域进行积极的探讨。
研究方法:
取食蟹猴2~3个月流产胚胎侧脑室下区组织,分离培养猴NSCs,对其进行神经干细胞标志抗原nestin细胞免疫染色鉴定;同时在5%胎牛血清的诱导下观察其分化,进行神经元标志MAP2、星彤胶质细胞标志物GFAP、少突胶质细胞标志Oligo细胞免疫荧光染色。自组装petide胶预铺板,将神经干细胞接种于已平铺了自组装petide胶的培养板中,观察其在自组装petide胶中的生长情况;在5%胎牛血清诱导下观察其自组装petide胶中分化,进行神经元标志物MAP2、星形胶质细胞标志物GFAP、少突胶质细胞标志Oligo细胞免疫荧光染色。对比分析二者的生长情况和分化比例准备足量细胞,移植前使用CM-DiI荧光染料标记神经干细胞。NYU打击器致大鼠T10脊髓损伤,随机分为四组(猴NSCs与自组装peptide胶联合移植组、猴NSCs移植组、自组装peptide胶移植组,空白对照组),损伤后即刻行移植,通过组织冰冻切片免疫荧光化学检测猴NSCs存活及其向神经细胞分化情况,超微结构观察轴突再生情况,BBB运动功能评分观察大鼠后肢运动功能恢复情况,分析和评价猴神经干细胞与自组装peptide胶联合移植对脊髓损伤的增强修复作用。
结果:
1.分离培养的细胞经鉴定是猴NSCs,有良好的增殖活力,且其表达神经干细胞特异抗原nestin,并且可以诱导分化为神经元、神经胶质细胞及少突胶质细胞;
2.猴NSCs与自组装peptide胶共培养体系初步建立成功,细胞在peptide胶中三维生长,并且可以诱导分化为神经元、神经胶质细胞及少突胶质细胞,且共培养组的分化率与猴NSCs单独培养组相似;
3.大鼠脊髓损伤模型建立成功,移植8周后,细胞移植组大鼠BBB运动功能评分明显优于空白对照组,联合移植组优于单纯细胞移植组;联合移植组细胞存活量较多;单纯移植组神经干细胞主要分化为表达星形胶质细胞标志抗原细胞;联合移植组,神经干细胞可分化为表达神经元、少突胶质细胞、星形胶质细胞标志抗原细胞。
结论:
1.成功从食蟹猴流产胚胎脑组织中分离、培养出灵长类神经干细胞,并体外观察其向神经细胞分化;
2.成功实现猴神经干细胞与自组装peptide胶共培养并在其中向神经细胞分化,初步构建出NSCs组织工程支架复合体;
3.自组装peptide胶与猴NSCs联合移植可使猴NSCs细胞存活数量增加,并且可以促进猴NSCs分化为神经元和少突胶质细胞,可以增强猴NSCs对大鼠脊髓损伤的修复作用。