树枝状两亲性多功能自组装水凝胶诱导骨髓间充质干细胞向神经元方向分化的研究

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目的:探讨骨髓间充质干细胞(BMSCs)与树枝状两亲性多肽(B-PA)自组装水凝胶共培养,观察细胞的生物相容性、细胞的生长状态、细胞粘附性能及诱导骨髓间充质干细胞向神经元细胞分化情况。为水凝胶支架植入治疗脊髓损伤的患者提供理论可行性。方法:1.应用全骨髓贴壁法分离、培养骨髓间充质干细胞(BMSCs),用倒置相差显微镜观察细胞分化及形态改变,针对骨髓间充质干细胞进行鉴定采用流式细胞术,大鼠选择3-4周龄SD大鼠(Sprague Dawley)。2.采用固相自动多肽合成仪(Solid-phase peptid synthesis,SPPS)合成含有IKVAV(I-异亮氨酸,K-赖氨酸,V-缬氨酸,A-丙氨酸,V-缬氨酸)和RGD(R-精氨酸,G-甘氨酸,D-天冬氨酸)连接的B-PA,并运用高效液相色谱(HPLC)与质谱仪(MS)对其进行表征。配制1%质量分数B-PA溶液加入等体积的DMEM/F12数秒钟后自组装成半透明的水凝胶,并用透射电镜显微(TEM)观察自组装水凝胶内部结构。3.采用死活细胞检测试剂Calcein-AM和PI对共同培养的B-PA自组装水凝胶与骨髓间充质干细胞进行双标染色,用荧光显微镜观察B-PA自组装水凝胶内骨髓间充质干细胞存活情况。检测不同浓度的B-PA水凝胶对骨髓间充质干细胞的细胞增殖和细胞毒性作用可采用CCK-8法。将实验分为三组:含PLL(多聚赖氨酸)、组IKVAV凝胶组、B-PA自组装水凝胶组,与密度为1000个cell/cm~2骨髓间充质干细胞共培养,用Hochest 33342染色检测细胞粘附能力。4.经过7天培养B-PA自组装水凝胶与骨髓间充质干细胞,利用免疫荧光检测其细胞分化为表达MAP-2、NF、GFAP标记物的神经细胞。结果:1.在倒置显微镜下观察传代培养至第三代大鼠骨髓间充质干细胞,细胞形态呈长梭形,旋涡状排列,有塑料贴附性,传代细胞生长速度快,流式结果表明CD29阳性细胞比率97.8%%,CD44阳性细胞比率99.8%;CD34阳性比率1.61%,CD45阳性细胞比率1.71%。2.B-PA设计序列:C16H31O-K-RGD K-IKVAV。高效液相色谱(HPLC)纯化并检测多肽纯度为95.8507%,质谱仪(MS)测得合成B-PA分子量为MW 2191.72,与其理论值一致。TEM结果示B-PA自组装水凝胶由纳米纤维构成,呈网状相互交叉,纳米纤维直径6~8nm,长度在100~500nm之间。3.将骨髓间充质干细胞置入1%质量分数B-PA自组装水凝胶复合培养1天,3天,7天后,用Calcein-AM/PI(活死细胞染色)进行染色,在荧光显微镜下对活死细胞进行计数,结果发现随着时间的增加,存活细胞的数目明显增加,并且死亡细胞的数目明显减少。使用酶标仪在450nm波长下检测CCK-8的吸光度,其中A、B、C和D组在1、3、7天都是成增长趋势,光密度(OD)值的增加与培养时间和B-PA浓度呈正相关。A、B、C和D组(P>0.05)之间的OD值没有显著差异。但是,E组的OD值最低。将含PLL(多聚赖氨酸)、组IKVAV凝胶组、B-PA自组装水凝胶组,与密度为1000个cell/cm~2骨髓间充质干细胞共培养。2h、4h、6h后清洗,三组都的细胞粘附数量(P<0.05)都随着时间增加而增加,在B-PA组达到顶峰。并且,粘附细胞的数量在2至4小时之间显著增加。4.将骨髓间充质干细胞接种在B-PA自组装水凝胶培育7天后,使用免疫荧光显微镜检测,表达标记的细胞MAP-2和NF显示红色荧光,表达标记GFAP的细胞显示绿色荧光,表明B-PA水凝胶可诱导骨髓间充质干细胞分化成神经元和胶质细胞。结论:1.B-PA自组装水凝胶的良好细胞相容性、促进细胞增殖和粘附、易修饰等特点值得肯定;2.B-PA水凝胶可诱导骨髓间充质干细胞分化成神经元和胶质细胞。
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