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干细胞是指具有高度增殖和自我更新能力,并可分化为多种不同类型组织细胞的一类细胞。多年来,人们对骨髓的研究主要集中在造血干细胞上,并取得了可喜的研究成果。近年,随着人们对干细胞可塑性认识的深入,于细胞的外延被进一步扩展开来。例如,从肌肉分离的细胞能够重建造血;骨髓中的一类非造血细胞的基质细胞,是中胚层来源细胞的干细胞。这类来源于胚胎中胚层未分化的间充质细胞(Mesenchymal cells),已经在体外成功培养出来。在培养体系中有关化学物质诱导下,它能够分化形成至少7种组织细胞如成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞、成肌细胞、肌腱细胞、星形细胞和骨髓基质细胞,所以又被称为骨髓间质干细胞(Mesenchymalstem cells,MSCs)。 由于对MSCs研究的深入,MSCs所具有的潜在应用价值逐渐被人们认识。通过自体或异体MSCs细胞移植进行细胞治疗,可以替代、修复或增强受损间质组织器官生物学功能,许多目前难以治疗的如Alzheimer’s病和骨质疏松等困扰老年人的退行性疾病则可能迎刃而解。而在大面积烧伤和粉碎性骨折等情况下,如果没有足够的修复细胞将造成愈合延迟;MSCs具有分化形成多种结缔组织的潜能,是作为组织工程种子细胞的理想选择,应用于组织工程相将加速严重创伤的愈合,减少伤残率。随着细胞的生长与分化以及创伤与创伤组织修复的相关分子机制被进一步阐明,MSCs将成为体外基因转染的理想载体。 如同多能造血干细胞的存在赋予骨髓组织强大的造血功能以维持血液系统的新陈代谢一样,多潜能MSCs的存在为骨、软骨、肌肉等结缔组织的损伤修复提供了潜在的修复细胞源泉。研究和利用MSCs可为创伤修复提供一条新的途径。本课题是研究利用MSCS进行创伤促愈项目的一部分,在建立小鼠骨髓MSCS体外分离培养体系的基础上,研究外源基因的转染及尾静脉移植的骨髓MSCS在创伤小鼠体内的分布定位情况。 方法: 本课题采用密度为1刀82的细胞分离液Percoll通过密度梯度分离小鼠的单个核细胞,利用MSCS早期贴壁的特点,24小时内换液去掉造血细胞,分离培养骨髓MSCS。研究其在体外传代培养中的生长曲线、贴壁率及细胞周期等细胞生物学特点和超微结构,并通过间接手段——诱导向成骨细胞和成脂细胞分化来验证分离获得的MSCS是否具有多向分化的能力。在此基础上,用pIERSZ*GFP质粒转染MSCS以验证在体外能否对MSCS进行外源基因转染;以雄性BsB/C ’J\鼠的原代和第1代MSCS从尾静脉输注,两次移植给创伤和未创伤的个SGry射线全身照射的同系雌鼠,在各个时相点*周到2月)处死小鼠,提取组织器官的DNA,用PCR检测移植雄性小鼠MSCS的Y染色体,研究移植的MSCS在创伤小鼠体内的定位分布。 结果: 1、采用密度梯度离心和早期贴壁分离相结合的方法获得了比较均一的骨髓MSCS。在原代培养过程中,MSCS呈集落生长,传代后则均匀生长;传代培养的小鼠MSCS倍增时间为38 ,J’时,传代接种12小时90%以上的细胞己贴壁,有80%的MSCS处于GO/GI期。 2、体外培养的骨髓间质干细胞,透射电镜观察其胞浆较少细胞器不发达,胞核较大,以常染色质为主,核仁明显,偶尔还可见处于分裂期的细胞,表现出早期细胞的特点。 3、体外培养的MSCS在地塞米松、卜磷酸甘油叩GP)和抗坏血酸的联合诱导下,细胞表达成骨细胞的标志BMP和 11u:-。 4、MSCs在地塞米松、IBMX、胰岛素、和呗跺美辛(ndometha。)的诱导下,细胞逐渐变圆,2.3周左右表现出脂肪细胞的特征,胞浆中出现脂肪小滴,逐渐融合变大,油红O染色阳性。 Vlll 5、用pIERSZEGFP质粒转染MSCS,经G418筛选后,在倒置荧光显微镜下可见绿色荧光蛋白表达,表明外源基因已转入MSCS,并整合到细胞中。 6、经过Y染色体PCR检测,移植的MSCS可定位分布于创伤小鼠的骨髓、脾脏、肺和创伤部位肌肉,在未致伤小鼠定位于骨髓、脾脏和肋。 结论: 1、在本实验条件下,证实了骨髓中存在特殊的细胞成分MSCS,它具有增殖形成多种间质组织细胞的能力。 2、创伤后移植的MSCS可能参与受损肌肉的修复与再生。 3、静脉移植的MSCS具有归巢的能力,对放创复合伤的治疗有特殊的意义。 小体外培养的MSCS可能是基因转染的理想载体细胞。 5、贴Cs移植后可融入中胚层来源的组织器官中,长期观察未见明显的排斥反应。提示其在遗传性、退行性和创伤等疾病的细胞替代治疗中有广泛的应用前景。 6、MCSS可能成为集细胞替代治疗和基因治疗于一身的治疗用细胞,与组织工程相结合,将会给某些疾病和创伤的治疗带来巨大的进步。