MSCs条件培养基对肌腱细胞增殖和迁移的影响及相关机理研究

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肌腱是一种连接肌肉与骨骼的坚韧结缔组织,把肌肉产生的力量传递给骨骼,引发肢体的运动。由于其生理定位的特殊性,导致职业运动员和高强度的体力劳动者的肌腱组织容易发生撕裂。肌腱损伤是人们在运动中较常见的组织损伤之一,损伤后的致残率也很高。肌腱组织具有寡供血、低代谢等特点,因此损伤肌腱的自愈能力很差。如何促进损伤肌腱的修复、提高治疗质量并完全恢复其功能,仍然是临床上面临的挑战问题,寻找更加有效的治疗肌腱损伤的新方法成为学者关注的焦点。  间充质干细胞(Mesenchymalstemcells,MSCs)能够向其他组织类型分化,是一种多能成体干细胞,通过不同的诱导可分化成典型的间质细胞,比如:脂肪、骨、软骨、肌肉等各类细胞类型。除具有易于分离获取、体外增殖能力强、不涉及伦理、低免疫原性等特点外,MSCs还可以被招募到炎症环境和损伤组织位点处,通过抗炎、旁分泌、增殖、分化等多种形式在损伤组织的修复和再生中扮演重要角色。近年来,MSCs已成为损伤组织修复、再生等组织工程研究中应用最多的干细胞类型之一。  MSCs的旁分泌行为参与损伤组织修复、再生的功能成为近年来学者研究的热点。但是,目前人们对于MSCs的旁分泌机制能否促进肌腱细胞的增殖以及MSCs如何影响肌腱细胞的迁移行为还没有明确的结论。因此,本文主要研究大鼠肌腱细胞在MSCs微环境下增殖、迁移行为的变化特征,并对其相关分子机理进行初步探讨。本实验的研究内容和所取得的结果如下:  ①MSCs的分离、培养、鉴定我们是从SD大鼠的骨髓腔中分离获得MSCs,实验采用Percoll密度梯度离心与差时贴壁联合的方法。细胞培养和传代所用的培养基为含10%血清的DMEM培养基。分离培养后观察细胞的形态特征、并通过流式细胞仪检测MSCs表面抗原CD34、CD44和CD90的表达变化。观察分析结果如下,通过加入Percoll分离液可得到单核细胞细胞层,将其置于培养瓶中培养。过夜后通过更换培养基以除去除杂细胞(利用MSCs的贴壁生长的性质),就会得到形态较好、纯度较高的细胞。细胞群落具有旋涡状、单个细胞呈长梭形。细胞相关表面抗原表达情况如下:CD34不表达,而CD44与CD90有表达。使用流式细胞仪分析此时细胞的周期分布发现,处于G0/G1期的细胞量达到了(94.23±0.84%)。以上结果都证明了我们所分离培养的细胞即为MSCs。  ②大鼠肌腱细胞的分离、培养我们从SD大鼠跟腱处挑取肌腱组织,使用肌腱组织块爬片法分离培养原代肌腱细胞。整个操作尽量保证无菌。首先剥离出成条状的肌腱组织,用剪刀将其剪成2mm3左右大小(尽量保证刀口处平整、圆滑)。后让其贴附于细胞瓶中,用含10%血清的完全培养基诱导肌腱细胞向外爬。6天左右就会看见组织块周围有一些细胞爬出,15天左右在每个组织块周围都有大量细胞成旋涡状集落分布、此时可对细胞进行传代培养。显微镜观察肌腱细胞会发现,单个细胞饱满、细胞呈菱形、形态均一、细胞光滑。与文献报道中关于肌腱细胞特性的描述一致。  ③MSCs条件培养基对肌腱细胞增殖行为的影响实验通过显微镜观察细胞数量法和细胞计数方法探究MSCs-CM是否影响肌腱细胞的增殖。通过观察分析发现,MSCs-CM处理肌腱细胞24h后,与对照组(无血清培养基)比较,肌腱细胞的增殖能力明显增强。  进一步研究发现,在对肌腱细胞进行MSCs-CM处理的24h过程中,加入CXCR4抑制剂AMD3100(50ng/mL)后发现,由MSCs-CM诱导的肌腱细胞的增殖受到抑制(p<0.01),使用IGF-1R的抑制剂PQ401(10μM)、PDGFR的抑制剂TyrphostinAG1295(10μM)或FGFR的抑制剂SU5402(20μM),同样都出现了抑制由MSCs-CM诱导的肌腱细胞的增殖行为的现象,但是这种抑制并没有使肌腱细胞数量恢复到对照组的水平。结果表明,MSCs的旁分泌作用能够诱导肌腱细胞的迁移。本实验所证明的旁分泌因子主要有SDF/CXCR4信号、IGF-1、PDGF、FGF四种信号分子,而这些旁分泌因子彼此间发挥协同作用。  ④MSCs条件培养基对肌腱细胞迁移行为的影响本文使用体外Transwell法探究MSCs-CM对肌腱细胞迁移行为的影响。迁移后细胞数量分析显示,与对照组(无血清培养基)相比,在MSCs条件培养基诱导下的肌腱细胞的迁移能力明显增强。  我们又进一步从MSCs-CM促进肌腱细胞迁移行为相关的细胞力学机理方面进行了探讨。主要的实验仪器是使用原子力显微镜与免疫荧光显微镜。目的是考察在MSCs-CM作用下肌腱细胞的细胞硬度、细胞骨架和细胞核硬度的变化。通过研究发现,肌腱细胞经过MSCs条件培养基处理后,细胞骨架F-actin表达增加、细胞的杨氏模量变大、肌腱细胞的细胞核硬度也明显变硬。因此,我们得出以下结论:MSCs-CM可能通过促进肌腱细胞骨架蛋白F-actin的形成、提高细胞的硬度、增加细胞核硬度从而促进肌腱细胞的迁移能力。
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