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一些多发性硬化(multiple sclerosis,MS)病人在脱髓鞘以后,髓鞘并不能自动再生,或是再生很不完全。反复的免疫介导脱髓鞘会导致轴突丢失,而轴突丢失是MS病程慢性进展的原因之一。
骨髓间充质干细胞(bone marrow stromal cells,MSCs)容易获得,可在体外培养的条件下扩增,可自体移植从而能避免免疫排斥。并且,MSCs能在体外和体内向SC方向分化。这些特点使得MSCs成为了一种理想的SC替代细胞。MS是CNS多个部位发生的疾病,理想的移植途径是进行静脉移植。然而,SC静脉移植后,不能到达损伤部位,也不能重新形成髓鞘。这表明从MSCs完全分化而来的SC可能并不适合用来静脉移植治疗MS。在EAE发生之前静脉移植MSCs能减轻EAE的症状,但不能进入CNS。在EAE发生之时静脉移植MSCs能进入CNS的炎性区域,但MSCs在炎性区域并不能分化为神经细胞。在EAE发生之后静脉移植MSCs并不能缓解EAE的症状。据报道MSCs能转变为神经干细胞(neural stem cells,NSC)样细胞,这些转化的NSC样细胞的表型和分化能力和胎儿或成体大脑内真正的NSC均非常相似。
SC和NSC在治疗MS方面都具有很多优点,又均存在一定的缺点。将MSCs转化为NSC样细胞后,移植NSC样细胞,让其在体内分化为SC样细胞,就能综合NSC和SC的优点,而去除这两种细胞的缺点。然而,到目前为止,还不清楚MSCs源性NSC是否有能力分化为SC样细胞;也不清楚NSC样细胞经静脉移植后,是否能进入CNS炎性区域,并分化为SC样细胞,以及恢复轴突传导功能。
应用于临床时,MSCs也会产生一些问题:MSCs获取的方法是有创伤的,会产生疼痛,并经常需要全身或脊髓的麻醉。从骨髓穿刺所获得的MSCs的数量也比较少。基于这些原因,很多研究者开始研究可替代MSCs的细胞。
脂肪干细胞(adipose-derived stem cells,ADSC)是从脂肪组织中分离的干细胞,和MSCs极为相似。ADSC也来源于胚胎中胚层,能自我更新并能分化为多种间质细胞系,包括脂肪细胞,成骨细胞,软骨细胞,内皮细胞以及心肌细胞等。ADSC也能在体外分化为NSC样细胞和神经元样细胞。ADSC的表面标志物也和MSCs非常相似。皮下脂肪组织丰富,容易获取,而且抽取后没有什么危害。吸脂术是一种常见的外科手术,很安全,损伤小,并能获得大量的细胞。然而,到目前为止,我们还不知道ADSC是否能分化为SC样细胞,也不清楚ADSC源性NSC样细胞是否能分化为SC样细胞。本实验拟研究大鼠骨髓源性及脂肪源性NSC是否能在体外培养的条件下分化为功能性SC样细胞;大鼠骨髓源性NSC经静脉移植后,是否可以迁移到CNS脱髓鞘部位,以及迁移到CNS脱髓鞘部位的NSC样细胞是否能在体内环境下分化为SC样细胞。 1.材料和方法1.1实验材料1.1.1实验动物大鼠MSCs取自SD大鼠(3—4周龄)。大鼠ADSC取自SD大鼠(4—8周龄)。细胞体内移植实验时,250—300克SD大鼠13只,随机分为三组:正常对照组3只,注射生理盐水(saline)组5只,注射溴化乙锭(Eb)组5只。
1.1.2试剂与器材(略)1.2实验方法1.2.1从雄性SD大鼠提取MSCs以及ADSC,在体外培养,并传3-5代。对这些3-5代的MSCs和ADSC进行流式鉴定,成脂成骨功能鉴定,中胚层标志物鉴定,以及一系列的神经细胞和胶质细胞标志物的鉴定。
1.2.3用培养NSC的方法,即用EGF和bFGF将3—5代的大鼠MSCs和ADSC转化为NSC样细胞。对转化的细胞进行NSC标志物、中胚层标志物、一系列神经细胞和胶质细胞标志物鉴定。以及分化为神经细胞和胶质细胞的功能鉴定。将MSCs来源的NSC样细胞分化时,吹散细胞,去除bFGF和EGF,添加BDNF和RA。将ADSC来源的NSC样细胞分化时,不吹散细胞,去除bFGF和EGF,仅留B27添加剂。
1.2.4将MSCs来源的NSC分化为SC样细胞。将NSC样细胞分散后,重新种植于多聚赖氨酸(PLL)包被的六孔板中,去除EGF和bFGF,细胞分别在以下条件分化:DMEM,10%FBS,RA,FSK,并分别加入以下试剂:1)无细胞因子(对照组);2)PDGF—BB;3)HRG;4)PDGF—BB+HRG。分化后观察细胞形态的变化,并于分化后48小时检测各组NSC标志物nestin及SC标志物GFAP,S—100和p75等。
将ADSC来源NSC分化为SC样细胞。将NSC样细胞分散后,重新种植于PLL包被的六孔板中,去除EGF和bFGF,细胞在以下条件进行分化:DMEM,10%FBS,RA,FSK,PDGF-BB以及HRG。观察细胞形态的变化,并于分化后48小时检测分化的细胞上nestin及SC标志物GFAP,S-100和p75等的表达。
1.2.5分析MSCs来源NSC分化为SC样细胞的过程。将NSC分散后,重新种植于PLL包被的六孔板中,去除EGF和bFGF,细胞分别在以下条件分化:DMEM,10%FBS,RA,FSK,PDGF-BB以及HRG。在分化后6-,12-,24-,48小时分别检测NSC标志物nestin和SC标志物GFAP,S-100和p75的表达情况。
1.2.6分析MSCs来源的SC样细胞是否具有细胞因子分泌功能。让分化后的SC样细胞增殖到80%左右。用DMEM+2%FBS培养SC样细胞2天,然后提取SC样细胞的条件培养液。用SC样细胞的条件培养液培养SH—SY5Y神经母细胞瘤细胞系6天,观察SH-SY5Y细胞系是否发生分化,并用β-tubulin Ⅲ抗体检测,确定SH—SY5Y细胞发生分化。用DMEM+2%FBS,大鼠SC条件培养液以及大鼠MSCs条件培养液做对照。分析ADSC来源SC样细胞的细胞因子分泌功能:将SC样细胞条件培养液培养SH—SY5Y细胞3天。仅用DMEM+2%FBS作为对照。
1.2.7分析MSCs来源SC细胞样细胞是否能在FSK的作用下表达p0蛋白。将分化的SC培养于DMEM+10%FBS中4天后,去除原培养液,PBS洗2次,加入含4uM FSK的培养液,培养7天。7天后检测SC样细胞是否表达pO蛋白。
2.实验结果
2.1大鼠MSCs源性NSC能在体外分化为功能性SC样细胞.
2.2大鼠ADSC来源的NSC能在体外分化为有功能的SC样细胞.
2.3大鼠MSCs来源NSC能在体内分化为SC样细胞Luxol fast blue染色显示朗脊髓局部注射能造成脊髓的局部脱髓鞘。大鼠MSCs源性NSC经尾静脉移植到模型大鼠后,能进入脱髓鞘的部位,部分细胞能分化为SC样细胞。
3.结论
3.1大鼠MSCs源性NSC样细胞能在体外分化为有功能的SC样细胞(创新点1):
3.2大鼠MSCs能在体外分化为SCP(创新点2);
3.3大鼠ADSC源性NSC能在体外分化为有功能的SC样细胞(创新点3);
3.4大鼠MSCs来源的NSC静脉移植后能迁移到MS模型大鼠脱髓鞘部位,并可能分化为SC样细胞(创新点4)。