骨组织工程中骨髓基质细胞的研究进展.
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中药对骨髓基质细胞影响的研究进展谢幸财,王和鸣(福建中医学院骨伤系,福建福州350108)关键词:中药;骨髓基质细胞;研究进展中图分类号:R282.07文献标识码:A文章编号:1004-5627(2008)05-0068-02·综述·Journal of Fujian University of TCM October 2008,18(5)福建中医学院学报2008年10月第18卷第5期骨髓组织可分为造血和基质两大部分,骨髓基质细胞(bone marrow stromal cells ,BMSCs )是骨髓中除造血干细胞以外的非造血干细胞,具有多分化潜能,近年来的研究表明,BMSCs 可向骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞、网状细胞、肌肉细胞、成纤维细胞、神经细胞等方向分化[1,2]。
但是,因其数量少、可自动分化等特点,不易控制其分化方向,而中药可以对其增殖分化产生影响,笔者试就此问题论述如下。
1单味中药益气活血、补肾壮骨类中药在治疗骨折和骨缺损类疾病中有着很好的疗效。
现代医学研究证实,中药治疗骨伤科疾病很大程度上与这些药物可促进骨髓基质细胞的增殖分化有关。
在中药促进造血机制的研究中,通过研究益气补血类中药对造血因子及造血微环境的影响发现,很多促进造血细胞增殖的有效中药成分,均是通过影响骨髓基质细胞分泌一些细胞因子,促进造血干细胞的分化增殖,或者促进骨髓基质细胞和造血干细胞的黏附而起作用的。
如人参皂苷Rg1可以促进猪骨髓基质细胞的增殖分化,主要是因为人参皂苷Rg1能够促进DNA 的合成,促使细胞进入增殖周期,促进细胞内信号传导而起作用的[3]。
应用原位杂交技术研究水蛭、骨碎补、海螵蛸、阿胶对骨愈合相关基因表达影响时发现,骨碎补能促进骨折愈合前1周的骨痂部位细胞的骨形态发生蛋白(bone morphogenetic proteins ,BMP )mRNA 的表达,海螵蛸和水蛭也有类似的影响,同时水蛭、骨碎补、海螵蛸、阿胶均可促进TGF-β1mRNA 的表达,但水蛭在骨折早期TGF-β1mRNA 的表达有所下降,随后又开始升高,这可能与水蛭在骨折早期抑制了血小板的凝集有关[4~7]。
第43卷㊀第2期2024年㊀4月北京生物医学工程BeijingBiomedicalEngineeringVol 43㊀No 2April㊀2024㊃综㊀述㊃基金项目:重庆市自然科学基金(2009bb5040)资助作者单位:1㊀重庆市第六人民医院(重庆㊀400060)2㊀重庆市红十字会医院(江北区人民医院)(重庆㊀400020)通信作者:宋关君,副主任医师㊂E⁃mail:song9973@126 comSDF⁃1/CXCR4信号轴在MSCs修复损伤组织中作用的研究进展杨凌霄1㊀宋关君2摘㊀要㊀骨髓间充质干细胞(mesenchymalstemcells,MSCs)具有自我更新和多向分化潜能,在损伤组织修复中起着重要作用㊂基质细胞衍生因子-1(stromalcell⁃derivedfactor⁃1,SDF⁃1)/CXC趋化因子受体4(CXCchemokinereceptor4,CXCR4)信号轴是由SDF⁃1与其受体CXCR4相互作用构成的耦联分子对,能够进行细胞间信号转导㊁诱导细胞的定向迁移,参与细胞的多种生物学过程㊂研究证实,SDF⁃1/CXCR4信号轴在MSCs参与心肌缺血㊁肾脏病变㊁骨组织损伤等损伤组织修复过程中有重要的促趋化和增殖的作用㊂本文简要介绍了SDF⁃1和CXCR4的分子结构,重点阐述了SDF⁃1/CXCR4信号轴在MSCs参与相关损伤组织修复中的作用,归纳总结了该领域的研究进展,并展望了该领域未来的发展方向,为深入理解SDF⁃1/CXCR4信号轴及其在MSCs参与组织损伤修复过程中的作用提供理论基础,也为临床上更好地将MSCs应用于损伤组织修复提供参考㊂关键词㊀基质细胞衍生因子-1;CXC趋化因子受体4;间充质干细胞;组织损伤;组织修复DOI:10 3969/j.issn.1002-3208 2024 02 014.中图分类号㊀R318㊀㊀文献标志码㊀A㊀㊀文章编号㊀1002-3208(2024)02-0205-06本文著录格式㊀杨凌霄,宋关君.SDF⁃1/CXCR4信号轴在MSCs修复损伤组织中作用的研究进展[J].北京生物医学工程,2024,43(2):205-210.YANGLingxiao,SONGGuanjun.ResearchprogressontheroleofSDF⁃1/CXCR4signalaxisinMSCsrepairinginjuredtissues[J].BeijingBiomedicalEngineering,2024,43(2):205-210.ResearchprogressontheroleofSDF⁃1/CXCR4signalaxisinMSCsrepairinginjuredtissuesYANGLingxiao1,SONGGuanjun21㊀TheSixthPeople sHospitalofChongqing,Chongqing㊀400060;2㊀TheRedCrossHospitalofChongqing(JiangbeiDistrictPeople sHospitalofChongqing),Chongqing㊀400020Correspondingauthor:SONGGuanjun(E⁃mail:song9973@126 com)ʌAbstractɔ㊀Bonemarrow⁃derivedmesenchymalstemcells(MSCs)haveaself⁃renewalcapacityandmultilineagedifferentiationpotential,andplayanimportantroleintherepairofinjuredtissue.Stromalcell⁃derivedfactor⁃1(SDF⁃1)/CXCchemokinereceptor4(CXCR4)signalaxisisacoupledmolecularpairformedbytheinteractionbetweenSDF⁃1andCXCR4,whichcancarryoutsignaltransduction,inducecellmigration,andparticipateinavarietyofbiologicalprocessesofcells.StudieshaveconfirmedthatSDF⁃1/CXCR4signalaxisplaysapivotalroleinpromotingchemotaxisandproliferationinMSCs⁃mediatedtissuerepairofmyocardialischemia,kidneydisease,andbonetissueinjuryandsoon.ThisreviewpaperbrieflyintroducesthemolecularstructureofSDF⁃1andCXCR4,thendiscussestheroleofSDF⁃1/CXCR4signalaxisinMSCs⁃mediatedrepairofrelatedinjuredtissue.Finally,wesummarizetheresearchprogressandprospectthefuturedevelopmentdirectionsinthisfield.ThisreviewprovidesatheoreticalbasisforbetterunderstandingofSDF⁃1/CXCR4axisanditsroleinMSCs⁃mediatedtissuerepair,andbringsareferenceforbetterapplicationofMSCsintissuerepairinclinic.ʌKeywordsɔ㊀stromalcell⁃derivedfactor⁃1;CXCchemokinereceptor4;mesenchymalstemcell;tissueinjury;tissuerepair0㊀引言骨髓间充质干细胞(mesenchymalstemcells,MSCs)是一类多能成体干细胞,在特定环境条件下可分化为成骨细胞㊁软骨细胞㊁脂肪细胞等多种细胞㊂除具有易于分离获取㊁体外增殖能力强㊁不涉及伦理㊁低免疫原性等特点外,MSCs还具有趋化㊁迁移特性,在损伤组织的修复中起着重要作用[1]㊂基质细胞衍生因子-1(stromalcell⁃derivedfactor⁃1,SDF⁃1)主要由骨髓基质细胞和不成熟的成骨细胞分泌,是一种对免疫细胞有趋化作用且相对分子量较小的趋化因子蛋白㊂SDF⁃1又叫前B细胞生长刺激因子(pre⁃B⁃cellgrowthstimulatingfactor,PBSF),在分类上归为趋化因子CXC亚组,系统命名为CXCL12(CXCchemokineligand12),有SDF⁃1α和SDF⁃1β两个异构体,其N-末端是绑定和激活趋化受体的主要功能区,具有7个耦合到G蛋白上的跨膜结构域[2]㊂CXC趋化因子受体4(CXCchemokinereceptor4,CXCR4)属于一种G蛋白耦联受体,是目前人们了解最清楚的SDF⁃1主要受体,包括7个跨膜螺旋,由352个氨基酸组成㊂激活后的SDF⁃1/CXCR4信号能够诱导细胞的定向迁移或参与细胞的多种生物学过程,如血管生成㊁造血作用㊁免疫应答㊁炎症响应㊁癌症转移等[3]㊂越来越多的研究发现,SDF⁃1/CXCR4轴在组织损伤及修复中起着重要的作用㊂本文主要介绍SDF⁃1/CXCR4轴在MSCs参与损伤组织修复中作用的相关研究进展㊂1㊀在MSCs参与心肌梗死修复中的作用心肌梗死(myocardialinfarction,MI)导致的心脏功能失调是当今人类面临的重大健康问题之一,主要表现为长期的肌肉损伤㊁瘢痕形成㊁心脏功能衰退和冠状动脉瞬时堵塞㊂由SDF⁃1参与的基于MSCs的细胞疗法是治疗MI的潜在手段之一[4]㊂在对MI模型的研究中,Tang等[5]发现SDF⁃1α修饰后的MSCs能够提高成活率并且促进MSCs表达SDF⁃1㊁血管内皮生长因子(vascularendothelialgrowthfactor,VEGF),进而激活抗凋亡激酶ERK和AKT信号通路㊂SDF⁃1α修饰后的MSCs移植后具有心肌细胞的表型特征(如表达肌钙蛋白T)和内皮细胞的表型特征(如表达CD31)[6]㊂Zhang等[7]发现MSCs分泌的SDF⁃1能够有效地阻止由于组织部位的缺血导致的心肌细胞死亡,并能够使受损心肌处的胶原I(collagenI,ColI)㊁胶原III(collagenIII,ColIII)和基质金属蛋白酶2(metalloprotease2,MMP2)㊁基质金属蛋白酶9(metalloprotease9,MMP9)㊁转化生长因子β(transforminggrowthfactor⁃β,TGF⁃β)表达降低㊂Zhuang等[8]将SDF⁃1注入兔MI模型中,发现不但MSCs向受伤心肌处的迁移增加,而且受损处的新血管形成能力明显提高㊂采用SDF⁃1处理MSCs后再移植,都呈现不同程度的左心室壁厚度增加㊁梗死面积减少㊁毛细血管和小动脉数量增加㊁心室扩张减小等心脏功能改善的现象㊂有研究发现心肌中SDF⁃1的表达只在MI的早期阶段出现㊂将MSCs注射到缺血心肌处后的4d内能够起到改善心肌的效果,而在注射后的8d和16d观察这种积极的作用消失,与此同时心肌中SDF⁃1的表达也很低㊂最近的研究也证实,SDF⁃1/CXCR4介导的干细胞动员参与了电针对心肌梗死小鼠的心脏保护作用[9]㊂这些结果提示,SDF⁃1是募集MSCs的关键作用因子㊂同时,SDF⁃1在MI的早期阶段表达也提示,在应用MSCs进行MI治疗中,对患者进行MSCs治疗的最佳时间也是一个不容忽视的问题㊂总的来看,SDF⁃1/CXCR4信号轴能促进MSCs向MI部位定向迁移,迁移到损伤部位的MSCs能阻止心肌细胞凋亡,促进血管生成,对MI㊃602㊃北京生物医学工程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷导致的心脏损伤组织表现出良好的修复作用,但由于SDF⁃1在MI中的表达呈现出时效性,因此,在临床上应用MSCs进行MI患者治疗中如何确定MSCs治疗的最佳时间以取得更好的疗效还需进一步探究㊂2㊀在MSCs参与肾脏疾病修复中的作用新近的研究发现,MSCs可能通过其旁分泌和自分泌的机制实现对肾脏疾病的修复,包括促有丝分裂㊁抗凋亡㊁抗炎㊁抗纤维化和促血管生成等作用实现,而在此过程中MSCs的分化效果却并不十分明显[10]㊂SDF⁃1能够增强低氧预处理(hypoxicpreconditioning,HP)后的MSCs对肾脏疾病的治疗作用,包括促进MSCs分泌SDF⁃1和其受体CXCR4㊁CXCR7[11]㊂其中,SDF⁃1/CXCR4提高MSCs的趋化性,而SDF⁃1/CXCR7增加迁移后MSCs的成活数量㊂通过建立肾脏疾病模型,Tögel等[12]发现SDF⁃1对高表达CXCR4受体的细胞起到重要的募集和归巢作用㊂SDF⁃1对肾脏缺血的这种响应是受低氧条件中调节细胞反应的主要转录因子HIF⁃1(hypoxia⁃induciblefactor⁃1)所调节㊂SDF⁃1还能够显著提高MSCs对其他细胞因子的旁分泌作用,比如:诱导血管内皮生长因子(vascularendothelialgrowthfactor,VEGF)㊁碱性成纤维细胞生长因子(basic⁃fibroblastgrowthfactor,b⁃FGF)㊁胰岛素样生长因子1(insulin⁃likegrowthfactor,IGF⁃1)㊁肝细胞生长因子(hepatocytegrowthfactor,HGF)等的分泌㊂另外,SDF⁃1也能诱导T细胞的排斥反应,从而呈现出在受损组织处的抗炎症反应㊂也有研究发现缺血肾脏处自身表达SDF⁃1也在一定程度上增加了MSCs向其部位的迁移㊁粘附功能,促进了MSCs对肾脏损伤的修复作用[13]㊂MSCs定向迁移到损伤部位后,主要以旁分泌和定向分化两种机制实现对损伤组织的修复作用[1]㊂在MSCs参与肾脏损伤组织修复研究中,发现SDF⁃1/CXCR4能提高MSCs的趋化性,促进其旁分泌作用,进而展现出促肾脏细胞增殖㊁促血管生成㊁抗凋亡㊁抗炎㊁抗纤维化等系列修复作用,但在该修复过程中MSCs的定向分化作用并不明显[10],其原因值得深入探讨㊂在该过程中若能同时发挥MSCs的旁分泌功能和定向分化两种作用,应该会收到更好的修复效果㊂3㊀在MSCs参与骨组织损伤修复中的作用在骨组织工程和骨组织损伤修复领域,提高MSCs向受损组织处的定向募集和归巢能力是一种有效的方法[14]㊂SDF⁃1能够刺激MSCs向异位植入位点的迁移㊂对骨形成蛋白2(bonemorphogeneticprotein2,BMP2)诱导的MSCs向成骨细胞分化的调节作用也是学者关注的关键问题之一[15]㊂Kitaori等[16]的研究发现,在骨修复的初期,骨移植处的SDF⁃1表达水平增高,进而SDF⁃1通过与其受体CXCR4之间的相互作用招募MSCs到达受伤位点,从而加速新骨形成㊂而在SDF⁃1诱导MSCs向骨细胞分化方面,有实验研究显示,阻断SDF⁃1/CXCR4信号显著降低BMP2诱导的MSCs成骨分化中前成骨细胞标志物碱性磷酸酶(alkalinephosphatase,ALP)的活性和成熟成骨细胞标志物骨钙蛋白(osteocalcin,OCN)的合成[17]㊂其次,在MSCs成骨分化过程中,破坏SDF⁃1信号会损害受伤位点处的骨结节矿化㊂阻断SDF⁃1信号也抑制BMP2诱导的MSCs成骨分化的两个关键因子Runx2(runt⁃relatedtranscriptionfactor⁃2)和Osterix(Osx)的早期表达[18]㊂进一步的研究发现,这种影响主要是通过SDF⁃1/CXCR4轴对细胞内的Smad和ERK的活性调节来实现的[19]㊂此外也有研究发现,在含BMP2的植入物中添加SDF⁃1,可以提高从骨髓中募集骨祖细胞的效率,增加BMP2诱导的异位骨的形成[20]㊂4㊀在MSCs参与脑损伤修复中的作用将MSCs移植到中枢神经系统紊乱的动物模型(如脑卒中)中,MSCs可以向中枢神经受损处募集㊁迁移,并且能够提高神经细胞特异性蛋白的表达,进而提高局部神经系统的功能[21]㊂Kortesidis等[22]深入探究了其分子机制,发现移植后的MSCs通过自分泌和旁分泌的方式上调SDF⁃1及其受体CXCR4的表达,促进自身的增殖和存活㊂Shichinohe等[23]首次直接通过体内CXCR4敲除的小鼠动物模型实验,发现脑卒中区域能够激活星形胶质细胞分泌SDF⁃1,SDF⁃1与MSCs上表达的CXCR4作用,诱导MSCs向卒中处的迁移㊂迁移后的MSCs又通过自身表达的SDF⁃1促进其本身在宿㊃702㊃第2期㊀㊀㊀㊀㊀㊀杨凌霄,等:SDF⁃1/CXCR4信号轴在MSCs修复损伤组织中作用的研究进展主大脑处的增殖和成活,通过调动体内的相关修复机制,最终参与神经系统功能的恢复㊂该研究结果揭示了SDF⁃1/CXCR4对移植后MSCs存活和增殖的作用机制㊂Wang等[24]的研究也发现,SDF⁃1α和其受体CXCR4在诱导干细胞向受伤组织处的迁移中发挥的积极作用,并且通过绿色荧光蛋白(greenfluorescenceprotein,GFP)标记的MSCs发现,在脑卒中损伤中,MSCs的迁移是沿着嗅神经-丘脑和海马-皮质路线这一轨迹进行的㊂在受伤脑组织中,SDF⁃1/CXCR4能够诱导MSCs的募集和迁移㊁粘附以及调节造血作用等[25]㊂同时,由于很多白细胞能够表达CXCR4受体,所以SDF⁃1也表现出了抗炎的潜在作用,即SDF⁃1能够调动脑卒中处的固有免疫反应[26]㊂Bakondi等[27]还发现大脑初级神经元中存在以SDF⁃1为基础的生存信号,以保护神经前体细胞免受缺氧造成脑部损伤引起的细胞凋亡,证明SDF⁃1具有抗凋亡的作用㊂近年来发现,SDF⁃1的另一受体CXCR7在这一过程中也发挥重要的作用[28],但对其分子机制尚缺乏深入认识㊂因此,CXCR4和CXCR7两种受体在该过程中的作用方式(独立或协同)以及贡献大小等问题都需要进一步明确㊂5㊀在MSCs参与肿瘤微环境重塑中的作用正常组织发生恶变可被视为一种特殊的组织损伤,炎性微环境是肿瘤组织的重要特征之一㊂肿瘤组织能募集MSCs参与肿瘤微环境的重塑,并对肿瘤细胞的生物学行为产生重要影响㊂肿瘤细胞与MSCs之间的交互对话及相互影响成为近年来肿瘤领域的研究热点,但是,目前人们对于MSCs如何参与肿瘤微环境的重塑以及MSCs如何影响肿瘤细胞的生物学行为还缺乏系统认识㊂有研究发现,迁移到肿瘤组织的MSCs对肿瘤细胞的增殖起抑制作用㊂Lu等[29]将小鼠骨髓来源MSCs与小鼠肝癌细胞系㊁淋巴瘤及大鼠胰岛瘤细胞系共培养,发现MSCs对鼠瘤的生长起抑制作用,并且抑制效果与MSCs的量成正比㊂Khakoo等[30]也发现MSCs对卡波西肉瘤的抑制是剂量相关的,提示MSCs对肿瘤细胞的抑制行为可能呈现出剂量依赖关系㊂皮下注射MSCs到黑色素瘤鼠体内发现肿瘤细胞凋亡明显增加,其生长也受到明显抑制[31]㊂多种细胞因子或趋化因子能促进MSCs向肿瘤组织迁移㊂研究发现,MSCs与肿瘤细胞(或其条件培养基)共培养时,MSCs能高表达SDF⁃1,诱导MSCs向肿瘤细胞迁移[32]㊂相关研究进一步探讨了后续信号的传递,发现SDF⁃1激活了信号通路JAK2/STAT3和MAPK,进而活化下游信号PAX(paxillin)和NF⁃kB,导致细胞骨架的重排和细胞迁移行为的变化[33]㊂SDF⁃1/CXCR4在诱导MSCs对急性髓性白血病(acutemyeloidlekemia,AML)的修复中也具有重要作用[34]㊂研究发现,AML患者的外周血中SDF⁃1的分泌量有所下降,对MSCs的迁移效率带来不利影响,但SDF⁃1的这种不足可以在外源加入MSCs之后得到明显改善[35]㊂在MSCs参与肿瘤微环境的重塑中,也有研究发现MSCs促进了多种类型肿瘤细胞的增殖㊁侵袭和转移[36-37],或者促进肿瘤血管形成[38],提示MSCs对肿瘤细胞的生物学行为呈现双向影响㊂SDF⁃1/CXCR4轴在肿瘤的侵袭转移中发挥了重要作用,对其有效干预可能成为肿瘤治疗的新靶点㊂但是,由于MSCs对肿瘤细胞的生物学行为呈现出双向影响效应,因此如果要应用MSCs进行肿瘤患者损伤组织的修复,应该特别警惕MSCs在肿瘤微环境重塑中的负面作用㊂将来的研究工作需进一步深入探究MSCs对肿瘤组织的作用并揭示其分子机制,这样不仅能更好地认识MSCs重塑肿瘤微环境后,肿瘤细胞生物学行为的变化特征,而且能为将MSCs发展成为安全有效的抗肿瘤和损伤组织修复工具提供理论指导㊂6㊀结语SDF⁃1及其受体CXCR4构成的SDF⁃1/CXCR4轴对细胞的多种生物学行为起着重要调控作用㊂近年来,越来越多的研究证实了SDF⁃1/CXCR4轴在MSCs对损伤组织进行修复过程中所扮演的重要角色㊂本文主要总结了MSCs在参与心肌梗死㊁肾脏疾病㊁骨组织损伤㊁脑损伤修复以及肿瘤微环境重塑中的主要生物学效应以及SDF⁃1/CXCR4信号轴在该过程中的关键信号介导作用(表1)㊂尽管人们在该领域的研究已取得了不少成果,但目前人们对于SDF⁃1/CXCR4轴参与MSCs介导的损伤组织修复的详细分子机制还缺乏系统㊁深入的认识㊂另一㊃802㊃北京生物医学工程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷方面,近年的研究发现CXCR7是SDF⁃1的另一受体㊂对于SDF⁃1/CXCR7在MSCs参与的损伤组织修复中的作用以及CXCR4与CXCR7之间的关系,有许多工作尚需进一步深入探索㊂随着国内外学者对SDF⁃1/CXCR4和SDF⁃1/CXCR7影响MSCs增殖㊁迁移㊁分化等生物学行为研究的不断深入,SDF⁃1/CXCR4和SDF⁃1/CXCR7参与MSCs进行组织修复的分子机制及相关信号调控网络将被逐步阐明,这对更好地将MSCs应用于损伤组织修复和再生医学具有重要意义㊂表1㊀MSCs在不同损伤组织修复中的生物学效应Table1㊀ThebiologicaleffectsofMSCsintherepairofdifferentdamagedtissues损伤组织类型主要生物学效应参考文献心肌梗死SDF⁃1/CXCR4促进MSCs定向迁移;MSCs阻止心肌细胞凋亡,促进血管生成[5-8]肾脏组织损伤SDF⁃1/CXCR4提高MSCs趋化性,促进其旁分泌作用;MSCs促肾脏细胞增殖㊁抗凋亡㊁抗炎㊁抗纤维化和促血管生成[10-12]骨组织损伤SDF⁃1/CXCR4增强MSCs的募集和归巢;诱导MSCs的成骨分化,加速新骨形成[15-20]脑组织损伤MSCs上调SDF⁃1和CXCR4表达;诱导MSCs的迁移㊁粘附;调节脑卒中组织的免疫反应和造血作用[21-27]肿瘤微环境重塑SDF⁃1/CXCR4促进MSCs向肿瘤组织迁移;MSCs对肿瘤细胞增殖㊁侵袭和转移起抑制或促进作用,对肿瘤细胞生物学行为的影响呈现双向效应[29-38]参考文献[1]㊀FuX,LiuG,HalimA,etal.Mesenchymalstemcellmigrationandtissuerepair[J].Cells,2019,8(8):784.[2]㊀SadriF,RezaeiZ,FereidouniM.ThesignificanceoftheSDF⁃1/CXCR4signalingpathwayinthenormaldevelopment[J].MolecularBiologyReports,2022,49(4):3307-3320.[3]㊀LingL,HouJ,LiuD,etal.ImportantroleoftheSDF⁃1/CXCR4axisinthehomingofsystemicallytransplantedhumanamnion⁃derivedmesenchymalstemcells(hAD⁃MSCs)toovariesinratswithchemotherapy⁃inducedprematureovarianinsufficiency(POI)[J].StemCellResearch&Therapy,2022,13(1):79.[4]㊀FreitasC,WangX,GeY,etal.Comparisonoftroponinelevation,priormyocardialinfarction,andchestpaininacuteischemicheartfailure[J].CJCOpen,2020,2(3):135-144.[5]㊀TangJ,WangJ,GuoL,etal.Mesenchymalstemcellsmodifiedwithstromalcell⁃derivedfactor1αimprovecardiacremodelingviaparacrineactivationofhepatocytegrowthfactorinaratmodelofmyocardialinfarction[J].MoleculesandCells,2010,29(1):9-19.[6]㊀JiangQ,HuangK,LuF,etal.ModifyingstrategiesforSDF⁃1/CXCR4interactionduringmesenchymalstemcelltransplantation[J].GeneralThoracicandCardiovascularSurgery,2022,70(1):1-10.[7]㊀ZhangM,MalN,KiedrowskiM,etal.SDF⁃1expressionbymesenchymalstemcellsresultsintrophicsupportofcardiacmyocytesaftermyocardialinfarction[J].FASEBJournal,2007,21(12):3197-3207.[8]㊀ZhuangY,ChenX,XuM,etal.Chemokinestromalcell⁃derivedfactor1/CXCL12increaseshomingofmesenchymalstemcellstoinjuredmyocardiumandneovascularizationfollowingmyocardialinfarction[J].ChineseMedicalJournal,2009,122(2):183-187.[9]㊀ZhaoTT,LiuJJ,ZhuJ,etal.SDF⁃1/CXCR4⁃mediatedstemcellmobilizationinvolvedincardioprotectiveeffectsofelectroacupunctureonmousewithmyocardialinfarction[J].OxidativeMedicineandCellularLongevity,2022,2022:4455183.[10]㊀Sierra⁃ParragaJM,MerinoA,EijkenM,etal.Reparativeeffectofmesenchymalstromalcellsonendothelialcellsafterhypoxicandinflammatoryinjury[J].StemCellResearch&Therapy,2020,11(1):352.[11]㊀LiuH,LiuS,LiY,etal.TheroleofSDF⁃1⁃CXCR4/CXCR7axisinthetherapeuticeffectsofhypoxia⁃preconditionedmesenchymalstemcellsforrenalischemia/reperfusioninjury[J].PLoSOne,2012,7(4):e34608.[12]㊀TögelF,IsaacJ,HuZ,etal.RenalSDF⁃1signalsmobilizationandhomingofCXCR4⁃positivecellstothekidneyafterischemicinjury[J].KidneyInternational,2005,67(5):1772-1784.[13]㊀KameishiS,DunnCM,OkaM,etal.Rapidandeffectivepreparationofclonalbonemarrow⁃derivedmesenchymalstem/stromalcellsheetstoreducerenalfibrosis[J].ScientificReports,2023,13(1):4421.[14]㊀SunX,LiX,QiH,etal.MiR⁃21nanocapsulespromoteearlybonerepairofosteoporoticfracturesbystimulatingtheosteogenicdifferentiationofbonemarrowmesenchymalstemcells[J].JournalofOrth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骨组织工程研究的新进展:修复骨缺损的完美技术李凯【摘要】骨组织工程自20世纪80年代诞生以来,取得了飞速的发展,为临床上骨缺损的治疗带来新的希望.纵观骨组织工程研究的二十多年里,其构成的三大要素:种子细胞方面、支架材料方面和组织构建方面都取得了一定的进展.但是距离组织工程骨在临床中正式使用尚有一定距离,有待进一步的研究.本文就目前骨组织工程研究的现状及最新进展作一综述.%Bone tissue engineering has developed rapidly since the 1980s and brought new hope for the treatment of bone defects. Throughout twenty years, the three major elements of bone tissue engineering: seed cells, scaffolds and organizations to build have made great progress. However, there is still certain distance for tissue engineered bone to be used officially in clinic. In this paper, the current status of bone tissue engineering research and the latest developments are reviewed.【期刊名称】《中国医药导报》【年(卷),期】2012(009)018【总页数】3页(P15-17)【关键词】骨组织工程;骨缺损;研究进展【作者】李凯【作者单位】哈尔滨医科大学附属第三医院骨科,黑龙江哈尔滨150081【正文语种】中文【中图分类】R681.2临床上由于各种原因导致的骨缺损很常见,然而修复骨缺损的惟一方法是通过骨移植来实现。
骨基质明胶复合骨髓基质干细胞修复大鼠桡骨缺损的研究【中图分类号】r687.3 【文献标识码】a 【文章编号】1004-7484(2013)05-0030-02骨缺损的修复一直是困扰临床骨科的难题之一,长期以来人们试图寻找一种可以替代自体骨的植骨材料来修复故缺损。
1977年green[1]预言有可能在一种合适的生物相容性材料上种植种子细胞并形成能被移植成骨的新组织。
此后一些研究使用单纯的种子细胞和单纯的生物材料修复骨缺损,虽然取得了一定的成果,但是长期效果并不理想。
组织工程学的提出为修复骨缺损提供了一个新的思路。
本实验将bmscs与bmg复合培养构建组织化骨以修复大鼠桡骨节段性缺损,为骨组织工程进一步发展提供理论及实验依据。
1 材料与方法1.1 实验动物:1月龄健康雄性sd大鼠10只,用于分离培养mscs;另取2月龄(体重200~250g)的sd大鼠72只,用于体内实验。
1.2 实验方法1.2.1 松质骨骨基质明胶的制备取牛股骨下端松植骨去除骨髓、软组织和关节软骨,用大量蒸馏水清洗,参照urist[ 2]的bmg 制备方法制备牛松质骨bmg。
冻干消毒保存备用。
1.2.2 种子细胞的获取取4周龄sd大鼠,麻醉,取出两侧肱骨和股骨,进行原代培养。
1.2.3 细胞-支架材料复合体的体外构建取出brd-u标记的第3代mscs,以5×105/ml接种到bmg上,制备mscs/bmg复合体。
1.2.4 骨缺损模型的制备及实验分组制成5 mm节段性缺损,缺损处植入mscs/bmg复合体,实验组为a组:mscs/bmg组;对照组:b组:bmg组;c组:mscs 1×106/ml组。
实验各组12只动物;每组均设置2w、4w、8w、12w四个时间点进行取材,各时间点每组取3只大鼠,进行结果分析。
1.3 实验结果检测1.3.1 术后动物生活状态的观察手术后观察动物的饮食与活动状态以及伤口的愈合情况。
骨髓间充质干细胞成软骨分化机制研究进展张佳瑶同济大学口腔医学院·同济大学附属口腔医院修复科,上海牙组织修复与再生工程技术研究中心 200072刘玛丽浙江杭州师范大学 310000摘要:近年来,随着我国科技实力的不断增强,骨组织工程飞速发展,为骨修复带来了全新的期盼。
骨髓间充质干细胞是骨组织工程中的种子细胞,通过诱导骨髓间充质干细胞定向分化为软骨细胞能够有效治疗骨关节炎、软骨缺损等疾病,由于骨髓间充质干细胞在分化过程中不仅涉及众多信号通路,并且还会受到蛋白质、药物、RNA以及基因等多种因素的影响,因此,为进一步提升骨髓间充质干细胞在科学研究和临床中的应用效果,本篇文章将依据国内外的相关研究,对骨髓间充质干细胞成软骨分化机制的研究进展展开综述。
关键词:骨髓间充质干细胞;软骨细胞;分化机制引言:骨髓间充质干细胞是一种尚未分化充分的类中胚层细胞,具有多向分化潜能,能够在特定的条件下分化为成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞、心肌细胞以及神经元等[1-5]。
由于骨髓间充质干细胞取材方便、对身体损伤小并免疫原性相对较低,所以,它在组织工程学中的应用非常广泛,是骨组织工程中不可或缺的种子细胞。
近年来,随着我国人口老龄化的加剧,软骨病变、骨关节炎等疾病的发病率显著提升,对广大老年人群的机体健康和日常生活造成了严重的影响。
软骨组织主要由细胞外基质和软骨细胞共同组成,属于一种结缔组织,由于该组织内缺少血管和神经支配,一般无法自我再生,再加之软骨细胞的增殖能力也非常薄弱,所以,软骨损伤通常无法自我修复,如何有效治疗软骨相关疾病一直深受医学界的关注。
随着骨组织工程的高速发展,诱导骨髓间充质干细胞向软骨细胞分化在治疗软骨病变、骨关节炎等疾病中的优势作用日益凸显,但是,由于骨髓间充质干细胞成软骨在分化过程中很容易因发生肥大变性而生成纤维软骨,从而导致治疗陷入中断或者失败,故此,总结分析骨髓间充质干细胞成软骨分化机制的研究进展对于相关科学研究及临床治疗具有重要意义[6-10]。
骨骼细胞增殖和再生治疗的最新进展和展望骨骼细胞增殖和再生治疗是一项重要的研究方向,目的在于治疗骨质疏松等疾病以及促进骨折愈合。
最新研究进展显示,针对这些问题的治疗方法正在逐渐发展和成熟。
一、干细胞技术的应用干细胞技术是目前最为流行和备受关注的技术之一。
他的主要作用在于通过提取人体骨髓中的干细胞,然后通过培养和分化治疗骨折和骨质疏松等问题。
与常规治疗相比,干细胞技术的疗效显著。
此外,干细胞技术能够达到传统疗法无法达到的效果。
例如,通过注射干细胞的方式可以促进骨细胞的增殖和再生,以及刺激骨折部位的血管再生。
这意味着,干细胞技术不仅可以用于治疗骨质疏松等疾病,还可以用于骨折愈合的治疗。
二、生物打印技术的发展除了干细胞技术,生物打印技术也是一项备受瞩目的治疗技术。
他的基本作用在于利用生物打印机打印出人工组织和骨骼,以替代受损或病变的组织。
在生物打印技术的应用中,研究人员可以把干细胞和其他生物材料制成具有所需形状的三维图形。
然后通过在体内进行植入,这些生物材料就能够进行再生和成长,从而创造出与受损的组织类似的新组织。
目前,生物打印技术还存在着一定的局限性。
例如,打印出的人工骨骼还不具备真正的生物学功能。
但这并不影响生物打印技术作为一项前沿技术的地位和重要性,它对于骨骼细胞增殖和再生治疗的突破也是不容忽视的。
三、微纳米技术的运用最近发展的微纳米技术被认为是骨骼细胞增殖和再生治疗领域的另一个重大突破。
微纳米技术的主要功能在于利用纳米颗粒或微尺寸的材料来刺激骨折部位的再生治疗和细胞增殖。
与干细胞技术和生物打印技术相比,微纳米技术不涉及外源性干细胞或生物组织。
而是通过利用已存在于人体中的有机物质和微尺寸的结构,刺激原有的细胞进行再生和增殖。
值得一提的是,微纳米技术的应用也不仅限于骨骼细胞增殖和再生治疗领域。
他还可以用来治疗纳米和微尺寸级别的其他疾病,例如肿瘤和漏斗胸等疾病。
四、总结可以预见,随着干细胞技术、生物打印技术和微纳米技术的应用越来越广泛,骨骼细胞增殖和再生治疗领域的研究成果也将日新月异。
昆明医学院学报2010。(5):48~52 Journal of Kunming Medical University CN 53—1O49/R
骨髓基质细胞在气电纺丝蛋白纤维支架上早期粘附的研究 李罡”,姚勇毅∞,李小玉 ,李艳红 (1)昆明医学院口腔医学系,云南昆明 650031;2)四川大学纺织工程学院, 四川成都610041;3)四川大学华西口腔医学院,9)1l成都610041)
[摘要]目的检测大鼠骨髓基质细胞在气电纺蚕丝蛋白纳米纤维支架上的早期粘附状况,研究其基本生 物学性能.方法将具有良好生物性能的蚕丝蛋白通过气流高压静电纺丝工艺制成纳米纤维,并且通过激光共 聚焦显微镜对骨髓基质细胞在气电纺蚕丝蛋白纳米纤维支架表面的早期粘附进行观察.结果骨髓基质细胞对 气电纺蚕丝蛋白无纺织物表现出良好的亲和性,细胞在材料表面4 h即形成了稳定的粘附,并有部分细胞开始 在材料表面铺展,铺展细胞数与粘附细胞数的比率为75.9%,而对照组仅为49.63%.结论气电纺蚕丝蛋白纳 米纤维支架具有良好的亲和性,提示其作为骨组织工程材料的可能性. [关键词]蚕丝;高压静电纺丝;骨髓基质细胞 [中图分类号]R783.1[文献标识码]A[文章编号]1003—4706(2010)05—0048—05
Early Adhesion of Bone Marrow Sroma Cells on Air/j et Elec- trospinning Silk Fibroin Nanofiber Scaffolds
LI Gang”,YAO Yong—yi 2),LI Xiao—yu 3),LI Yan—hong‘) (1)Dept.ofStomatology,KunmingMedical University,Kunming Yunnan 650031;2)College ofTextile, Sichuan University,Chendu Sichan 610041;3)Stomatology College of West China,Sichuan University, Chengdu Sichuan 610041,China)
[文章编号】1000-2200(2010)03-0313-03骨髓基质细胞治疗颅脑外伤的研究进展王永志1综述,冯东福2审校[关键词]脑损伤;骨细胞;移植;综述[中国图书资料分类法分类号]R651.15;R329.24[文献标识码]A干细胞的中枢神经系统损伤修复是近年神经科学研究的热点,使用胚胎干细胞、神经干细胞移植治疗颅脑外伤也取得一定进展…。
但由于其潜在的致瘤危险及伦理学限制,目前尚不能广泛应用于临床治疗。
近年来发现骨髓基质细胞(bonemarrowstromalcells,BMSCs)也具有干细胞特征,具有强大的增殖能力及多向分化的潜能,可分化为成骨细胞。
2』、成软骨细胞、成纤维细胞、脂肪细胞、肝细胞【3“1等间充质细胞,在多种因子的诱导下可分化为神经元及神经胶质细胞,可作为颅脑损伤修复的种子细胞‘“。
与其它类型的干细胞相比,BMSCs具有如下优势:(1)取材方便,无伦理制约;(2)可以自体移植,避免了免疫排斥反应;(3)培养增殖速度较快,可短期内大量增殖;(4)可促进胚胎干细胞和神经干细胞的增殖并向神经元分化。
因此,BMSCs可作为一种理想的组织工程细胞,为中枢神经系统损伤修复治疗带来新的希望。
1BMSCs的培养及生物学特性人的BMSCs多通过骨髓穿刺获得,其含量约占有核细胞的0.001%~0.01%,如此少的BMSCs很难满足移植治疗的需要。
因此,研究BMSCs的体外培养、扩增及纯化具有重要意义。
目前BMSCs的纯化大多通过密度梯度离心法提取单核细胞层后,再进行贴壁培养,此方法可减少造血细胞混杂,获得的BMSCs纯度较高妯j。
强大的增殖能力和多向分化潜能是BMSCs重要的生物学特性,Colter等_1以低密度(1.5—3个/cm2)BMSCs种植发现其增殖速度较快,10天可增加2000倍,6周可达109倍。
体外培养的BMSCs多呈扁平、梭形和小圆形三种形态,且反复增殖后仍可保持正常表型及端粒酶活性哺】。
骨组织工程的形成机制及其临床应用前景探讨近年来,骨组织工程备受关注,成为了临床治疗骨缺损或骨质疏松症的新型手段。
骨组织工程技术主要利用了细胞、生物材料以及生物学成分协同作用的机制,以促进骨组织再生和修复。
在这篇文章中,我们将探讨骨组织工程的形成机制及其临床应用前景。
一、骨组织工程的形成机制骨组织工程结合了细胞、生物材料以及生物学成分三个要素。
具体来说,首先需要通过生物材料构建出一种骨支架,然后在骨支架上加入一定的生物学成分,最后将细胞种植进去。
这三个要素将共同协作,促进骨组织再生和修复。
1.生物材料骨组织工程的成功与否很大程度上取决于所选用的生物材料。
生物材料的选择应该考虑它的生物相容性、生物分解性、耐久性以及力学性能等因素。
生物材料一般分为两大类:天然生物材料和人工合成生物材料。
天然生物材料包括了骨或软骨组织的移植材料,如自身骨或异种骨,可以极大地减少免疫排斥反应,提高移植的成功率。
人工合成生物材料包括了人工骨、生物陶瓷、生物塑料和生物纤维等。
2.生物学成分生物学成分是指可以促进骨组织生成和生长的生物分子。
目前,最常使用的生物学成分是生长因子、细胞因子、基质蛋白和骨黏蛋白等。
这些生物学成分在骨组织工程中发挥着至关重要的作用。
其中,生长因子是指促进骨细胞生长和生物骨再生的神经荷尔蒙,包括骨形态发生蛋白、成骨细胞生长因子和血管内皮生长因子等。
这些生长因子能够促进骨细胞的生长和分化,从而加速骨组织的生长和修复。
3.细胞制备骨组织工程材料时,要在生物材料和生物学成分的基础上加入一定的细胞。
细胞的种类有很多种,包括骨母细胞、骨髓基质细胞、骨髓间充质干细胞和成骨细胞等。
这些细胞可以分泌一些生长因子和基质蛋白,形成一种骨基质,促进骨组织的生长和修复。
二、骨组织工程的临床应用前景随着科技的发展,骨组织工程在临床上的应用越来越广泛。
由于骨组织工程技术本质上是一种快速而可行的手段,可在很短的时间内就可以恢复骨缺损或骨质疏松症的组织。
作者单位:第四军医大学口腔医学院颌面外科,西安(710032 作者简介:刘彦普(1956-,河北人,副主任医师.骨组织工程中骨髓基质细胞的研究进展RESEARCH PR OGRESS ON BONE MARR OW MATRIC CE LL IN BONE TISSUE PR OJECT刘彦普,钱奇春,杨维东中图分类号:R322.7文献标识码:A 文章编号:100524979(20020320229204种子细胞研究是骨组织工程学的重要内容。
理想的骨种子细胞应具备以下特点:①取材容易,损伤小;②易定向分化为成骨细胞,传代繁殖力强;③适应性强,植入机体后能保持成骨活性。
目前,作为骨组织工程的种子细胞有4种来源:骨、骨外膜、骨髓、骨外组织。
这些来源各有优缺点,其中骨髓来源的骨髓基质细胞(b one m arrow strom al cell ,BMSC 具有来源广泛、取材方便、生长稳定、增殖快、定向分化力强、易于接种成活等优点,在骨组织工程中显示出良好的应用前景。
1BMSC 的成骨潜能骨髓基质是骨髓腔中为造血干细胞提供结构和功能支持的结缔组织,由基质细胞和细胞间基质构成。
骨髓成骨能力主要来源于BMSC 中的成纤维细胞集落形成单位(colony forming unit fibroblast ,CFU 2F ,它具有多向分化潜能,在特定培养条件下可转化成多种间充质细胞,如成纤维系细胞、成骨系细胞、软骨细胞、脂肪细胞、肌肉细胞和内皮细胞等[1]。
Mani 2atopoulos [2]等首次观察到鼠BMSC 在体外培养条件下具有形成钙化的骨样组织的能力,X 线衍射分析表明钙化物具有与骨组织类似的羟基磷灰石结构,免疫组织化学显示BMSC 产生I 型胶原,骨钙素(osteocalcin ,OC 与骨涎蛋白表达阴性。
Benayahu [3]等将BMSC 体外培养获得具有成骨细胞特性的细胞:具较高碱性磷酸酶(Alkaline ph osphatase ,A LP 活性、只产生I 型胶原、在条件培养液中可以产生矿化的胞外基质,移入微孔滤膜扩散室(millipore diffusion chamber ,M DC 植入体内可培养成骨。
BMSC 的分化可能是非定向性的,因为已分化基质细胞仍具有转化成其它类型基质细胞的潜能[4]。
因此在一定诱导条件下,可使其向成骨细胞分化的数目大大增加,表明BMSC 具有很强的成骨潜能[5]。
2BMSC 的来源与获取BMSC 可来源于机体各部位骨髓,人的BMSC 通常取自髂骨,不同来源的BMSC 的功能状态不一。
此外,分离的BMSC 功能状态还受到取材部位和织体年龄的影响。
M ilne 2M [6]等发现,椎骨来源BMSC 的A LP 活性低于股骨来源的BMSC ,而OCmRNA 的水平较后者高。
D πAvis 2PY [7]等观察到,随年龄增长,BMSC 的成骨活性呈下降趋势,认为这是由于骨祖细胞的数目减少和/或对生长因子的反应性降低而致。
BMSC 的获取,一般采用髓腔冲洗或者穿刺抽吸的方法。
抽吸法损伤小,但每一部位每次骨髓的抽出量不应超过2ml ,否则将因吸出物中血量增加而引起有核细胞数的明显下降[8]。
S olchaga [9]等,分析了241份4月龄兔BM2SC 获取物,发现所获得的BMSC 具有很大的变异性,其中A LP 活性变异系数高达132,因此强调制备过程的一致性,认为只有样本足够大,才能得到明确的结论。
D obs on [10]等提出离心分离方法,离心法所获得的CFU 2F 是冲洗法的二倍,并且具有简易、快速、变异小、可同时制备多份样品的优点。
3BMSC 的诱导分化近年来许多学者致力于探讨诱导BMSC 向成骨细胞分化的因素,并取得了一些进展。
其中骨形成蛋白(bone m orphogenetic protein ,BMP 、转化生长因子β(trans forming growth factor 2β,TG F 2β、地塞米松(dexamethas one ,Dex 、1,25羟基维生素D 3(1,25(OH 2D 3是目前研究较多的因子。
3.1BMPBMP 是一类能在非骨骼部位诱导骨组织形成的特异性骨生长因子,能够诱导BMSC 定向分化为成骨细胞。
Richard 等[11]研究表明,BMP 22能够快速诱导BMSC向成骨细胞转化,BMP22作用8天后, A LP活性明显增强,A LP、OC、骨挢素、骨涎素的mR2 NA表达水平提高,并发现BMP联合Dex的骨诱导活性明显高于单独使用BMP22,认为在骨诱导过程中可能需要激素的参与。
Akira等[12]证实,基因重组人骨形成蛋白22(rhBMP22对多能BMSC系ROBC26,同时具有促进分化和增殖的作用,而对分化较高的成骨细胞系ROB2C20则促进分化而抑制增殖,认为BMP的效应因细胞的不同分化程度而异。
K im等[13],认为BMP能促进前体成骨细胞向成骨细胞转化,但不能使其向成熟的成骨细胞转化。
3.2TG F2βTG F2β是一族具有促进细胞增殖、调节细胞分化、促进细胞外基质合成的生长因子。
Locklin等[14]发现, TG F2β能够抑制BMSC的增殖,但能促进A LP的表达,并能抑制BMSC向脂肪细胞的转化,显示TG F2β具有促成骨分化能力。
Andrades等[15]研究表明,基因重组人转化生长因子β(rhTG F2β有利于小鼠BMSC中骨髓基质成骨细胞克隆形成,能降低细胞增殖水平,但A LP表达水平和有钙化能力的克隆形成增加,表明rhTG F2β可以诱导BMSC向成骨细胞分化和成熟。
3.3地塞米松(DexM aniaeopoulos等[2]发现体外培养的BMSC中,加入地塞米松才能形成矿化结节,且矿化结节形成的时间、形状、数目与Dex加入的时间和剂量是一定依赖性。
Y am aguchi等[16]发现,Dex在促进BMSC向成骨细胞分化的同时,能够激活BMSC 表面糖皮质激素受体,使其向脂肪细胞分化,从而减少向确定性骨祖细胞分化的比例。
Cheng[17]等表明,Dex能抑制BMSC增殖,而促进其向成骨细胞分化。
同时发现,加入Dex,胰导素样生长因子(insulin like growth factor IG FⅠ、Ⅱ及其结合蛋白的表达水平发生变化,认为,Dex对BMSC的作用可能是通过IG F介导而实现的。
3.41,25(OH2D3K elly等[18]发现,1,25(OH2D3在促进BMSC成骨细胞分化的同时,能够降低脂肪细胞基因标志物ap2和adisin的mRNA水平,从而抑制由糖皮质激素诱导的脂肪细胞分化。
Faucheux等[19]研究表明,1, 25(OH2D3促进BMSC中OC水平升高,同时刺激BMP23mRNA的表达,这种刺激在原代培养的H BM2 SC较已分化H BMSC 更强,认为BMP23启动子可能同OC基因相似,呈现维生素D受体反应。
生物力学因素在骨形成过程中可以影响细胞的生长、增殖和分化过程。
Y oshikawa等[20]特制培养器培养BM2 SC,此培养可以对细胞产生周期性张力和拉力,同静态培养相比,外力作用下培养细胞的A LP活性、OC水平、DNA含量、细胞干重均明显升高。
4BMSC的成骨作用随着三维多孔立体结构的生物降解支架材料的研制开发,BMSC与这此材料复合形成的生物活性植骨材料展示了广阔的应用前景。
Y oshikawa[21,22]等将经Dex 诱导的BMSC与羟基磷灰石复合后植入同基因鼠皮下,并同自体松质骨的成骨能力进行比较,植入1周,即可观察到成骨形象,A LP和OC水平达到松质骨的64%和61%,2周后则分制达到111%和92%,甚至术后20周,仍有广泛骨形成能力。
而未经Dex诱导的BMSC和新鲜骨髓者植入后A LP和OC水平都很低,且成骨时间较晚。
表明新鲜骨髓与生物材料复合成骨效率不高。
原因在于BMSC的多向分化性,植入后难以控制其成骨细胞分化,而经Dex诱导的BMSC植入后仍保持很高成骨活性。
说明,体外适宜条件下使BMSC转化扩增,可以大大提高成骨效率,即能够利用少量骨髓,在短期内得到大量的生物活性植骨材料。
Casabona 等[23]设计了一种“预制工程化骨肌瓣”,将培养的BMSC与羟基磷灰石复合后植入裸鼠预制的带血管蒂的背阔肌瓣中,术后8周显示肌瓣中有广泛骨组织形成,血运丰富,细胞和基质材料复合体与肌瓣间界面良好,形成具有软组织覆盖的血管化的骨替代物,即工程化的带血管蒂的骨肌瓣。
这使组织工程化骨组织完成代替自体骨移植成为可能。
5基因工程化骨髓基质细胞基因工程的发展使人类可以通过改变基因的方式有目的的地改变细胞的性状和功能,利用基因工程将各种生长因子基因转入细胞,使细胞在增殖分化的同时表达所需生长因子,继而通过自分泌或旁分泌途径进一步促进细胞的增殖和分化,是较理想的生长因子释放系统。
Lieberman等[24]通过腺病毒将BMP22基因导入培养的鼠BMSC中,1周后即有效表达,将此细胞与脱矿骨基质复合修复同基因鼠股骨节段性缺损,以脱矿骨复合BMP22和脱矿骨复合未转染BMSC组为对照。
植入2个月后发现,实验组缺损由粗大的骨小梁充填,呈含有骨髓的正常骨结构,而BMP22复合物组缺损由薄的编织骨充填,未转染BMSC组骨形成少,组织形态学定量分析显示:实验组骨形成总面积明显优于对照组。
转基因方法的关键在于如何有效地调控转入基因,使之适时、适量表达,同时避免不良结果(如过度增殖的发生。
6存在问题及前景至今,BMSC在骨组织工程中的应用研究主要停留在实验室及动物实验阶段,需进一步深入研究,主要包括:发挥多种因子的协同作用和环境因素的影响,包括生物反应器的利用,使BMSC快速、大量向成骨细胞转化、扩增、建立标准化、产业化的培养系统,建立合适的细胞—基质材料—新生骨组织的效关系;运用基因工程的方法,通过改变BMSC的基因型调控细胞的增殖、分化过程,无疑是研究的又一方向。
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