骨髓干细胞是骨髓来源的多潜能细胞,在适当的条件下可以进行扩增,并保持向一系列组织谱系分化的潜能,如成脂细胞、脂肪细胞、软骨细胞、肝细胞等。在诱导分化过程中细胞结构及功能均会发生变化,分化后的骨髓干细胞形态呈长梭形或椭圆形,用染色剂或抗体可以检验其诱导分化情况。这些研究成果使得科学家们开始广泛关注骨髓干细胞的应用价值。在分化过程中,干细胞的形态和力学特性伴随着调控机制和信号传导的作用也随之变化,这些变化体现在细胞体积、骨架结构、微丝形态及牵引力的大小和分布上。但目前关于骨髓干细胞分化过程中力学特性变化的研究还非常有限,我们试图通过观察骨髓干细胞在诱导分化过程中的牵引力变化,探索干细胞在分化过程中力学特性的变化规律和机制。细胞牵引力(Cell Traction Forces,CTFs)是骨髓干细胞最为重要的力学参数之一。细胞中肌动球蛋白的相互作用和肌动蛋白的聚合作用使细胞产生力,并通过黏着斑施加到细胞外基质上,从而产生细胞牵引力。此前研究发现:人体细胞癌变过程中细胞牵引力呈现变小趋势,Pinch-3蛋白缺失的细胞其牵引力也明显下降。此外,细胞牵引力受细胞内调控因子的控制,如?-平滑肌肌动蛋白(?-Smooth Muscle Actin,?-SMA)。因此本试验选择小鼠骨髓干细胞作为试验材料,应用显微镜追踪法(Cell traction force Microscopy,CTFM)为手段,对干细胞成脂和成骨诱导分化前后的CTFs及其相关蛋白和微丝骨架进行观察研究和分析,旨在探究干细胞分化过程中的力学特性演变规律和机制。目的:通过对小鼠骨髓干细胞成脂及成骨诱导分化前后细胞牵引力、?-SMA蛋白及细微丝骨架相应变化的观测、分析,比较细胞成脂、成骨诱导分化前后的力学特性变化情况,探究小鼠骨髓干细胞在成脂、成骨诱导分化过程中的力学特性演变规律。方法与结论:1.细胞的获取与增殖。取小鼠股骨及胫骨骨髓,利用差速贴壁法联合24小时首次换液法分离出小鼠骨髓干细胞。恒温恒CO2培养并传代,培养至浓度适中时留作实验备用。2.显微镜追踪法测算成脂及成骨诱导分化前后的牵引力分布情况、最大位移、牵引力最大值、均方根牵引力等数据。结果显示:细胞经成脂诱导分化后CTFs呈明显增大趋势,增大约32%。成骨诱导分化后CTFs也呈增大的趋势,且较成脂诱导分化后增大明显,增大约48%。表明干细胞分化过程与CTFs密切相关。3.荧光抗体染色法观察分析细胞成脂、成骨诱导分化前后单细胞?-SMA蛋白含量的变化。结果显示:细胞成脂及成骨诱导分化后细胞染色亮度均高于分化前,说明成脂及成骨诱导分化后?-SMA蛋白的含量均升高,且成骨诱导分化后?-SMA蛋白的含量高于成脂诱导分化后?-SMA蛋白的含量。4.罗丹明-鬼笔环肽染色法检测细胞成脂、成骨诱导分化前后细胞微丝骨架的变化。结果显示:细胞成脂及成骨诱导分化后亮度均降低,说明微丝变细,着色变浅,排布稀疏且相对不规则。成脂诱导分化较成骨诱导分化变化程度低。5.蛋白质印迹法检测成脂、成骨诱导分化前后一定量细胞中总?-SMA蛋白的含量。结果显示:细胞成脂及成骨诱导分化后电泳条带变宽,说明一定量细胞中总?-SMA蛋白的含量均升高去,且成骨诱导分化后的变化更大。