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间充质干细胞(Mesenchymal stem cells,MSCs)由于其优异的免疫调节及分化潜能,被公认为再生医学领域最有前景的细胞之一。但是供体组织直接分离出的MSCs数量有限,而现有的MSCs扩增用含血清培养基无法应用于临床,商业化无血清培养基又存在诸如对MSCs功能特性的维持能力较差等问题,导致MSCs相关的临床应用面临较大阻碍。究其原因,主要是对培养基中关键因子对细胞增殖及功能的影响及其相关机制的认识十分有限。而血清成分不明,商业化无血清培养基成分保密,因此无法基于这些培养基探究培养基组分对扩增的BMSCs生物学特性的影响,也无法精确调控细胞行为。针对上述问题,本文采用实验方法设计适合大鼠骨髓来源MSCs(Bone marrow-derived MSCs,BMSCs)体外扩增并维持其功能特性的无血清培养基,进一步探究关键组分转化生长因子(Transforming growth factor-β31,TGF-β31)对BMSCs增殖的影响及其分子机制。根据BMSCs的生物学特性和文献调研选择了19种无血清培养基的添加成分,采用Plackett-Burman设计方法,以细胞增殖作为响应值,从中发现TGF-β1、表皮生长因子、血小板源生长因子-BB和胰岛素这4种因子能显著促进BMSCs增殖;初步筛选并优化的无血清培养基OptM虽能支持BMSCs贴壁生长,但与含血清培养基和商业化无血清培养基相比仍显不足。为进一步促进OptM中细胞的贴附和生长,采用I型胶原蛋白对细胞培养板进行了预处理,通过应用最速上升法及响应面分析,优化TGF-β1、表皮生长因子及胰岛素浓度,建立了能显著促进BMSCs体外生长且成分明确的无血清培养基SM。采用该无血清培养基培养后的BMSCs可表达其特有的表面抗原及维持成骨、成脂分化潜能,干性基因的表达优于商业化无血清培养基。在此基础上,本研究探究了 TGF-β1调控BMSCs增殖的主要作用机制。研究结果表明,TGF-β1通过促进胞内FAK蛋白在397位点的磷酸化,诱导Akt-mTOR-S6K1信号通路的活化,提高cyclin D1的表达水平,加速BMSCs从G1期到S期进程,从而显著促进BMSCs的增殖。本研究建立的无血清培养基研发体系,为进一步研究BMSCs增殖和功能的影响因素及机制以精确调控BMSCs生物学行为并最终建立临床级BMSCs无血清培养体系奠定基础。