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脂肪干细胞在软骨组织工程领域中的应用

录入:linle    文章来源:网络    点击数:    更新时间:2012-1-30

  由于软骨细胞再生能力有限, 因此软骨的病变很难自身修复。外科手段促进软骨修复多采用软骨下骨钻孔、制造微骨折等技术打通髓腔, 造成局部出血从而加速修复进程。这些方法虽然有一定的疗效, 但新生的软骨大部分是纤维软骨, 短期内可以缓解疼痛等症状, 长期效果较差。近年来由于组织工程技术和干细胞研究的飞速发展, 给软骨的修复带来了新的技术和方法。诱导成体干细胞向软骨分化, 构建组织工程软骨修复软骨病变是目前组织工程领域的研究热点。其中骨髓基质干细胞是研究较多的成体干细胞, 但由于骨髓穿刺给患者带来一定痛苦, 而且细胞获得量很小, 因此在应用中受到一定的限制。同样来自中胚层的脂肪干细胞( adipo se-der iv ed stem cells, ADSCs) 有着来源广泛, 取材简易, 细胞获得量大等诸多优点而日益引起研究者的广泛关注。近年来, 研究者利用ADSCs 在体内外成功构建了组织工程软骨, 使之成为了软骨组织工程领域又一理想的种子细胞[ 1] 。现将其在软骨组织工程领域的研究进展综述如下。

  1 脂肪干细胞生物学特性

  脂肪来源干细胞与骨髓基质干细胞一样均属于来自中胚层的成体干细胞, 因此具有较为相似的生物学特性。De Ug art e 等[ 2] 发现两种干细胞在生长动力学、细胞老化、基因转染和细胞的粘附特性等方面没有明显的差别。在原代培养中, ADSCs 的平均倍增时间为60 h, 经过5~7 d 进入快速增殖期, 传代后经过48 h 能够达到融合, 经过165 d 长期培养增殖速度没有降低并表现低水平衰老, 1 代时细胞没有出现衰老现象, 10 代时少于5%细胞出现衰老, 15 代时仍低于15%[ 3] , 这表明ADSCs 体外扩增和自我更新能力很强, 传代培养易于获得大量有分化能力的细胞。

  ADSCs 表面表达多种粘附相关蛋白及信号转导途径相关蛋白, 其表现出来的免疫表型也与骨髓基质干细胞相似。其中代表具有多向分化潜能的标志CD105, Stro-1, CD166 在两种干细胞上均有表达; 均不表达造血系的标志CD45 和内皮标志 CD31。不同之处是ADSCs 表达CD49d 但不表达CD106, 而骨髓干正向反; 少于1%的ADSCs 表达HLA-DR, 但大多数ADSCs 表达MCH-1[ 4] , 这些特征表明ADSCs 还可以应用到同种异体移植。

  2 向软骨方向分化

  对ADSCs 进行克隆分析表明, 52%的细胞克隆表现出两个或三个方向的分化潜能。目前已证实ADSCs 能够向中胚层细胞系包括脂肪、软骨、骨、肌肉和其他胚层细胞系包括神经、内皮等转化[5] 。这些都有力说明了脂肪组织来源的干细胞是真正意义上的具有多向分化潜能的干细胞, 而不是多种单能祖细胞群的简单混杂。

  2. 1 培养方式 在软骨组织工程领域, 多个研究小组证实 ADSCs 经诱导能够向软骨细胞分化, 研究者们公认应用高密度三培养方式诱导培养有利于向软骨方向转化[ 5] 。目前常用的诱导方法包括高密度微团( micromass) 法和三维立体培养法。前者是通过离心机将大量细胞聚集成团块, 细胞间保持密切接触, 这样便于细胞间信号传导, 同时相互间获得以自分泌或旁分泌形式发挥功能的细胞因子的作用。Mo chizuki 等[ 1] 将2× 105 的ADSCs 悬液放置于15 m l 试管中, 450 g 离心10 min, 沉淀( pellet) 保留, 加入400 􀀁l 软骨诱导培养基, 培养21 d, 组织学检测形成类软骨组织。Dr ag oo 等[ 6] 利用micr omass 诱导培养 ADSCs, 培养基加入TGF-􀀁1, 产生蛋白聚糖和二型胶原等软骨特异性产物。但这种培养方式存在一定的缺陷, 首先细胞高密度的聚集成团, 限制了组织的生长空间, 不利于营养物质的交换及相关因子渗入内部发挥作用; 其次, 这种方式形成的组织不能按照需要进行塑形, 限制了其在临床上的应用; 最后, 这种培养方式只是细胞的简单堆积, 排列无序, 细胞形成的组织没有足够的力学强度。三维立体培养则需要借助于组织工程支架, 生物材料支架的作用是给再生组织提供一定的容积, 并与细胞粘附分子及某些生长因子受体相互作用, 促进祖细胞的迁移、扩增和分化[ 7] 。将高密度的细胞接种在组织工程支架上进行诱导培养, 还可以根据支架的外形及孔隙排列对组织进行塑形。

  2. 2 生长因子的应用 多种细胞因子与调节因子对于ADSCs 成软骨分化可以产生叠加或协同效应。IT S 与T GF-􀀁1 联合应用可以对ADSCs 的增殖起到叠加作用, 同样在IT S 或胎牛血清存在的情况下, 联合应用TGF-􀀁1 和地塞米松可以提高蛋白的合成率。尽管地塞米松在一定程度上对蛋白合成存在抑制作用, TGF-􀀁1 还是能够提高蛋白聚糖的合成与积聚达1. 5~ 2 倍[ 8] 。近来有研究发现, T GF 超家族的另一成员BMP-6 能够显著提高ADSCs 成软骨能力, 与对照组相比, 可以分别提高细胞外基质ag gr ecan 和Col2 表达量205 倍和38 倍[ 9] 。





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