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机械力学对体外骨髓间充质干细胞的影响

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

  目的: 分析力学刺激体外骨髓间充质干细胞所产生增殖分化等生物学效应的影响及其力化学信号转导途径。

  资料来源: 因特网上检索PubMed 数据库中2000- 01/2006- 06 期间有关力学刺激对骨髓干细胞作用效应进展的英文文章, 检索词“s tem cel1, marrow mesenchymal s tem cells , mechanical s timulation, s tres s ”, 同时检索CNKI 中国知网医学文献数据库2000- 01/2006- 06 期间的相关文章, 检索词为“干细胞、骨髓间充质干细胞、机械刺激、应力”。

  资料选择: 对资料进行筛选, 选取相关文章查找全文。

  纳入标准:

  ①骨髓间充质干细胞相关生物学特性。

  ②体外细胞加载的应力分类及相应力学装置的特点。③应力对细胞影响的研究。④能获取文章的全文。

  排除标准:

  ①较陈旧的文献。

  ②重复研究。资料提炼: 共收集关于86 篇体外骨髓干细胞及力学干预的相关文献。其中30 篇符合纳入标准。

  资料综合:

  ①骨髓干细胞具有高度增殖及多向分化能力, 可通过体外培养、干预作为细胞组织工程的理想种子细胞。

  ②力学刺激是体外调节细胞生物学效应的重要途径, 其中力学分类有: 流体切应力、静止压应力、张应力、离心力以及单个细胞的吸吮力等, 介绍各种力以及相应的力学装置的特点。

  ③骨髓干细胞加载各种应力干预后产生的生物学效应, 以及细胞应力学刺激的机制、信号转导途径。

  结论: 力学刺激可影响骨髓间充质干细胞生物学特性, 在适当的力学刺激条件下, 促进细胞的增殖与分化, 为骨组织工程提供新的技术手段, 同时也为临床应用牵拉成骨的骨再生过程提供理论依据。

  关键词: 间质干细胞; 骨髓; 应力, 物理

  0 引言

  骨髓间充质干细胞是中胚层来源, 以其取材方便、易于分离培养扩增快、具有多向分化潜能、在体外易被各类载体转染、可被输送至全身或局部解剖位点、易稳定表达相关组织细胞表型、无免疫原性无致瘤性等特点, 而被当作理想的组织工程学种子细胞和基因治疗的靶细胞, 在临床治疗创伤后截瘫、心脑梗死、成骨不全、骨缺损等诸多方面疾病具有良好的应用前景。近年, 流式抗体分选技术结合免疫磁珠法, 通过识别一些细胞表面抗原( 如: CD105 + , CD166 + , CD44 + , CD34 - , CD14 - , CD45- 等) , 可使骨髓间充质干细胞分离纯化明显提高, 但骨髓间充质干细胞确切的表型特征尚未确定, 而使其应用受到限制[1]。体外诱导骨髓间充质干细胞成骨向分化, 可受多方面因素影响及调控。Heino 等[2]从骨细胞 MLO-Y4 的培养液中提取条件培养液, 作用于骨髓间充质干细胞, 结果能促进骨髓间充质干细胞的增殖和向成骨细胞分化, 骨形成增加了4 倍, 细胞增殖增加了 2 倍, 表明可以用培养液中细胞分泌某些蛋白因子促进骨髓间充质干细胞的成骨分化。支架材料的三维培养, 为骨髓间充质干细胞提供合适的微环境, 对细胞吸收养料、黏附、增殖、分化都有重要的作用。也有文献报道, 适当的物理因素如磁场[3]、机械力学、体外震波[4]、热休克[5]等, 均能各自起促骨髓间充质干细胞增殖和成骨分化的作用, 其中机械力学存在一切的细胞微环境中, 力学刺激是调节骨髓间充质干细胞的一种重要途径。

  1 机械应力的分类及相关实验装置的特点

  系统研究力学刺激对细胞的作用, 主要建立在体外特定力学传导装置下细胞培养的基础上[6, 7], 以下是目前运用到细胞研究的主要力学类型及试验装置的特点。

  ①流体切应力系统: 骨组织在荷载状态下会产生组织间隙内液体的流动, 各类细胞持续地暴露于这种由于液体流动而造成的剪切应力之中, 模拟体内流体环境, 根据流变学原理建立流动小室, 利用流动的培养液对附着于培养基质上的细胞产生剪切力, 它能保证细胞在受到不同水平恒流或生理剪切力的作用下仍保持与基质粘附, 国内外广泛使用的两种流体剪切应变模式为锥板流动室和并行平板流动室, 其中锥板流动室为由圆锥体旋转引起的液体流动, 通过调整转速可对力的大小调节, 并行平板流动室为利用进出口的压力梯度造成的流体剪切力。





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