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一、研究背景、研究目的由于软骨组织中血管缺乏、自我修复能力差,关节软骨损伤难以修复。研究证明,骨髓间充质干细胞(Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells,BM-MSCs)具有多向分化的潜能,是修复关节软骨损伤的理想种子细胞。然而,BM-MSCs成软骨分化能力较低,治疗效果仍欠佳。本研究旨在探索BM-MSCs在低氧环境及超顺磁性氧化铁纳米颗粒(Superparamagnetic iron oxide nanoparticles,SPIONs)共同调节下对其生物安全性及对分化、迁移能力的影响,证明BM-MSCs在内外环境的协同作用下,可以增强其向成软骨分化及迁移的能力,为治疗关节软骨损伤提供一个安全、有效的办法。二、研究方法本研究首先构造了SPIONs,并在不同氧浓度下标记大鼠来源的BM-MSCs,实验分组为常氧未标记组、常氧标记组、(低氧未标记组)、低氧标记组。体外通过流式细胞术检测细胞的表型、周期、凋亡及活性氧情况;通过Transwell、划痕、qRT-PCR及Western blot等实验检测其迁移能力;通过诱导培养、qRT-PCR及Westernblot等实验检测其分化能力。体内实验通过建立关节软骨损伤模型,分别移植常氧、低氧标记组的BM-MSCs进行修复,并通过MRI检查、组织染色等评估其修复疗效。三、研究结果1.构建的SPIONs,其粒径、形状、表面电荷适宜,弛豫率高。2.常氧与低氧的环境下,含铁浓度5μg/ml的SPIONs标记BM-MSCs,标记率超过99%,且不影响其活性及表型。3.常氧条件下,SPIONs标记BM-MSCs后可缩短细胞周期G0//G1期,而低氧条件下,SPIONs对BM-MSCs细胞周期未见明显影响。4.常氧和低氧条件下,SPIONs标记不影响BM-MSCs的细胞凋亡。但是常氧条件下SPIONs可使BM-MSCs产生大量的活性氧,低氧状态下可以减少标记后的BM-MSCs活性氧的产生。5.常氧和低氧条件下,SPIONs标记的BM-MSCs不影响其多向分化能力,但是在低氧状态下,SPIONs标记的BM-MSCs高表达软骨相关标记物的mRNA和蛋白。6.低氧条件下,BM-MSCs迁移能力增强,而低氧标记组的BM-MSCs迁移能力更强。7.体内实验证实了移植低氧预处理标记的BM-MSCs在缺损修复处可见更多的类软骨样细胞,软骨修复效果较好。四、结论BM-MSCs在低氧及SPIONs共同调节下可以增强其迁移能力及促进其向成软骨分化。