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大量动物和临床前期实验证明:心脏组织来源的心肌干细胞、祖细胞、间充质干细胞作为心肌修复的细胞源,大大提高了心脏功能,具有重大的临床应用前景。胎儿心脏正处于组织器官形成和发育时期,其中的细胞数量和增殖能力应该高于成体组织,本实验以流产胎儿心脏组织来源细胞为研究对象,对如何获得心脏来源细胞以及其种类进行了研究。
本文第一章中,通过体外模拟心脏内环境的培养条件,在混合培养基中添加一系列细胞因子培养胎儿心脏来源细胞。取胎龄12-18周水囊引产的胎儿心脏,将消化后获得的细胞培养于添加细胞因子EGF(内皮生长因子)、bFGF(碱性成纤维细胞生长因子)、SCF(干细胞生长因子)、CT-1(心肌营养素)及含10%FBS的DMEM/F12培养基中,应用显微镜观察细胞的形态特征,RT-PCR检测培养前后心脏来源细胞干细胞标志基因等基因的表达,流式细胞仪检测培养前及培养19d后细胞的表面标志。结果表明:心脏来源的细胞可以生长增殖;培养16d后出现克隆,并有类似生长中心的区域形成,显微镜下可见正在分裂的细胞;RT-PCR检测显示,胎儿心脏组织分离获得的心肌细胞中表达c-Kit、KDR、GATA-4、Nkx-2.5、MEF-2c,不表达c-Tnl。培养19d后细胞中GATA-4、KDR、MEF-2c表达量降低,不表达c-Kit,Nkx-2.5和c-Tnl;流式细胞仪检测发现培养19d后细胞群中CD29和CD44高表达,CD45、GATA-4和c-Tnt低表达;体外培养一段时间后,细胞群中间充质干细胞比例最大,而大量实验证明间充质干细胞也是治疗心肌损伤的良好细胞源。但是在临床应用中如何减少培养细胞成本,体外培养的第几代细胞最适合应用是值得探讨的问题。
本论文第二章中,探讨从人类流产胎儿心脏组织如何获得最大量的心脏来源间充质干细胞,观察其生物学特征,探讨心肌组织来源间充质干细胞第几代更适合作为心肌修复的细胞源。取胎儿的心脏,获得细胞后培养于含10%FBS的DMEM/F12培养基中,采用直接贴壁法获取贴壁细胞,进行常规传代(即细胞培养法);心脏组织消化后的残余组织块在培养板上放置1.5h后,添加培养基培养,采用直接贴壁法获取贴壁细胞,常规传代(即组织培养法);倒置显微镜观察心脏组织来源各代细胞的形态特征:流式细胞仪检测新鲜获取细胞、P1、P3及P5代细胞的c-Kit、GATA-4、c-Tnt、CD29、CD31、CD44及CD45等表面标志,并分析细胞周期。结果发现:胎儿心脏细胞培养和组织培养均可获得贴壁细胞;倒置显微镜下观察细胞培养的胎儿心脏来源细胞形态特征,发现P3代前的心脏来源细胞多为圆形和多角形,但总体呈漩涡特性生长,形态为梭形;组织培养来源细胞从原代开始梭形细胞较多。无论是从细胞培养的还是组织培养的心脏来源细胞P3代后细胞形态已相似且呈梭形,显现出间充质细胞的形态;流式细胞仪检测获得细胞的表面标志,发现细胞培养的P2和P3代细胞以及组织培养的P3、P4细胞群中CD29和CD44阳性比例较高,而c-Kit、CD31、CD45、GATA-4和c-Tnt均为阴性;在培养过程中,无论是细胞培养还是组织培养的细胞,其中的间充质干细胞比例最大,且P2、P3和P4代细胞状态较好,当传代到P7代时,细胞生长速度开始减慢;细胞周期分析发现,在原代到P5代的细胞中,绝大部分处于静息状态,但保留自我更新的潜能,符合干细胞的特性。细胞培养的细胞,P2、P3代细胞最佳:组织培养的细胞P3、P4代细胞最佳。
在第三章中,就适合心肌修复的细胞源及最有前景的间充质干细胞做一综述。
总之本研究发现:(1)胎儿心脏组织内存在心肌干细胞和心肌祖细胞;(2)成功地建立了一种体外培养胎儿心脏来源细胞的方法,并确定细胞群中有心脏来源的间充质干细胞和心肌祖细胞。(3)确定胎儿心脏组织无论是细胞培养法还是组织培养法均可获得间充质干细胞;P3代细胞更适合于心脏修复的细胞治疗。本研究为临床利用胎儿心脏来源细胞治疗缺血心肌损伤奠定了理论基础。