中国组织工程研究第17誊第6期2013—02—05出版 ChineseJournalofTissueEngineeringResearch February 2013 VoL17,No.6 www.CRTER,Org doklO.3969/j.issn.2095-4344.2013,06.020 mtlp:f Www.cr【er o固1 肖任辉。韦庆军.赵韵民.薄占东.韦积华,李伟岸.全骨髓站壁法培养兔骨髓闻充质干缀瞻体矫定向或骨诱导分化及鉴定 中国组织I程磷究.2013,1 7(6):1069-1074, 全骨髓贴壁法培养兔骨髓间充质干细胞体外定向成骨诱导分化及鉴定水★ 肖仕辉,韦庆军,赵劲民,薄占东,韦积华,李伟岸 广西医科大学第一附属医院创伤手外科,广西壮族自治区南宁市530021 表的现兔骨出髓与成间充骨质细干胞细相墓胞似 罄 ,的在形体态外学经和成生骨物诱学导特剂性的作用下,’ 骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化后生长良好, :: :意薹: : ’ 。 主要从;创 i科的修复 ’ …: 孟 干细胞;干细胞培养与分化:全骨髓贴壁法分离法;骨髓间充质干细胞;细胞培养;成骨分化;组织工 程骨;省级基金;干细胞图片文章 通讯作者:韦庆军,副教 授,副主任医师,广西医 科大学第一附属医院创伤 摘要 手外科,广西壮族自治区 背景:流式细胞仪分离法和免疫磁珠分离法对细胞活性影响较大,密度梯度离心法虽然能够获得纯度高 南宁市530021 的单核细胞,但由于多次离心可造成细胞的大量流失且对细胞活性有一定的影响使其应用值得商榷。 wejqingjungxnn@ 163.com 目的:采用全骨髓贴壁法分离兔骨髓间充质干细胞进行成骨诱导分化及鉴定。 中图分类号:R394 2 方法:采用全骨髓贴壁法体外分离培养兔骨髓间充质干细胞,倒置显微镜下观察细胞形态学特征。在成 文献标识码:B 骨诱导剂作用下,通过碱性磷酸酶染色试剂盒行碱性磷酸酶染色,I型胶原免疫细胞化学染色,Yon 文章编号:2095-4344 Kossa法及茜素红进行矿化结节染色以及电镜下检测兔骨髓问充质干细胞成骨诱导后的形态结构。 (2013)06—01069-06 结果与结论:经诱导后细胞出现与成骨细胞相似的形态学特征,碱性磷酸酶染色阳性,I型胶原免疫细胞 收稿日期:2012.05.19 化学染色,Yon-Kossa法及茜素红矿化结节染色阳性。表明经成骨诱导剂诱导后全骨髓贴壁法体外分离 修回日期:2012.06.16 纯化培养的兔骨髓间充质干细胞能向成骨细胞方向分化增殖。 【20120319023/W‘C) /n vitro osteogenic diferentiation and identification of rabbit bone marrow mesenchymal stem cells isolated and cultured with whole bone marrow adherent culture method Xiao Shi—hui,Wei Qing-jun.Zhao Jin—min,Bo Zhan-dong,Wei Ji-hua,Li Wei-an Department of Trauma and Hand Surgery,the First Affiliated Hospital of Guangxi Medical University Nanning 530021,Guangxi Zhuang Autonomous Region,China Abstract BACKGROUND:The lfow cytometry and immunomagnetic separation method have greater impact on ceil viability,and although the density gradient centrifugation method can be used to obtain the high purity monocytes,however,the multiple centrifugation may cause a huge loss of cells and has some impact on the eelI activity.SO the application is debatable. . OBJECTIVE:TO isolate and culture rabbit bone marrow mesenchymaI stem cells with whole bone marrow adherent culture method for osteogenic differentiation and Identiifcation. METH0DS:The rabbit bone marrow mesenchymaI stem cells were isolated and cultured by whole bone marrow adherent culture method,then the morphological characteristics of rabbit bone marrow mesenchymaI stem cells were observed under inverted microscope.Under lhe induction of osteogenic lssN 2095.4344 CN 21.1581/R CODEN:ZLKHAH 1069 住辉.等 全骨髓贴壁法培养兔骨髓间充羲千细胞体外定向戒骨诱导分化及鉴定 一 一 Xiao Shi・hui★Studying for master’s degree.Department of inducer,alkaline phosphatase staining,type I collage immunocytochemical staining,alizarin red staining and Von-Kossa staining were performed to observe the morphology of rabbit bone marrow mesenchymal stem cells Trauma and Hand Surge ̄,the FirstAfifliated Hospital of Guangxi Medical University, Nanning 530021.Guangxi Zhuang Autonomous Region. China xiaoshihui007@126.com Corresponding author:Wei Qing-jun.Associate professo ̄ sAsociate chief physician, Department of Trauma and Hand Surgery,the FIrsl Afifliated Hospiatl of Guangxi Mediacl University,Nanning 530021,Guangxi Zhuang Autonomous Region.China weiqingJungxnn@163.com Received:2012-05-19 Accepted:2012-06-16 1070 after osteogenic induction by electron microscope. RESULTS AND CONCLUSION:After/n vffro induced diferentiation,rabbit bone marrow mesenchymal stem eclls exhibited Me morphological and biolgoiacl charactedstics similar to typiacl osteoblasts,alkaline phosphatase staining type I collagen immunocytochemiacl staining,and Von-Kossa staining and alizarin red mineralization nodules staining were positive.Al lresults indiacte that rabbit bone marrow mesenchymal stem cells/n vitro isolated and cultured with whole bone marrow adherent culture method acn be induced to diferentiate into osteoblasts after osteogenic induction. Key Words:stem cells;stem cell culture and diferentiation;whole bone marrow adherent culture method;bone marrow mesenchymal stem cells;cell Culture;osteogenic diferentiation;tissue-engineedng bone;provincial grants-suppoded paper;stem ecll photographs-containing paper Xiao SH,Wei QJ,Zhao JM,Bo ZD,Wei JH,Li WA.In vitro osteogenic diferentiation and identiifcation of rabbit bone marrow mesenchymal stem cells isolated and cultured with whole bone marrow adherent culture method. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu.201 3;1 7(6):1 069—1 074. 0引言 骨髓来源的间充质干细胞是一类具有高度自我更新和多向分化潜能的干细胞,在相应的 体外培养条件下具有向成骨、软骨、肌腱、肌肉、脂肪细胞分化的潜能,且增殖能力强r 圳。 目前骨髓间充质干细胞是骨组织工程理想的种子细胞I珥~。正常情况下骨髓中骨髓间充质干细 胞占有核骨髓细胞的0.000 1%~0.1%,含量很低。由于组织工程需要大量的种子细胞,从动 物骨髓分离骨髓间充质干细胞的技本术上的难度了许多实验的开展 。因此体外分离培 养纯度高、活力强、生物特性均一的骨髓间充质干细胞对组织工程及细胞的体内、体外实验 显得至关重要。实验采用全骨髓贴壁法将骨髓间充质干细胞从骨髓中分离出来,并在体外进 行培养和扩增,观察其增殖、生长特性和成骨诱导分化潜能。以此建立一套稳定有效、重复 性好的骨髓间充质干细胞体外分离、培养、扩增和成骨诱导分化的方法,为骨组织工程的种 子细胞的获取奠定实验基础。 1材料和方法 设计:细胞学体外观察实验。 时间与地点:于2011年6月至2012年2月在广西医科大学医学实验中心完成。 材料: 主要试剂与仪器: Main reagents and instruments: 试剂与仪器 来源 低糖DMEM Hyclone 胎牛血清 浙江天杭生物科技有限公司 青霉素、链霉素溶液、2.5 g/L胰酶 北京吉诺恩泰生物科技有限公司 1,25一(OH)2VitD3、地塞米松、左旋抗坏血酸、 甘油磷酸钠 Sigma 碱性磷酸酶试剂盒 GENEF AY 倒置相差显微镜 OLYMPUS 透射电镜 日立H7650 扫描电镜 VEGA3 TESCAN,捷克 P.O.Box 1200,Shenyang 110004 www.CRTER.org 肖仕辉.等 全骨髓贴壁法培养兔骨髓阚充质于缅匏体讣定向或骨诱导分化及鉴定 ~ 职伽 特性对其进行分离,虽然在培养过程中混杂有一定数量 细胞贴壁并调节碱性磷酸酶活  ̄[251。 的造血干细胞、内皮细胞及成纤维细胞,但这些杂细胞 可通过传代换液去除。目前研究表明,细胞培养早期骨 实验采用经典的成骨诱导方案,在体#t--维培养体 髓中各种细胞的存在有利于保持骨髓间充质干细胞生 系中加入含10 nmol/L地塞米松、50 pmol/L抗坏血酸、 长的微环 ,且培养液中存在有少量的造血干细胞及 1 0 mmol/L 3-甘油磷酸钠、0.1 IJmol/L 1,25一(OH)2VitD3 成纤维细胞可通过分泌相关细胞生长因子产生协同作 的成骨诱导剂,成骨诱导7 d后I型胶原免疫细胞化学染 用促进骨髓间充质干细胞的生长存活。 色呈阳性;诱导14 d后碱性磷酸酶染色阳性;诱导21 d 后细胞表面出现钙盐沉积及矿化结节,茜素红及 近年来,骨髓间充质干细胞作为骨组织工程的种子 von.kossa染色均呈阳性,表明骨髓间充质干细胞在成 细胞受到广泛关注,如何在体外将骨髓间充质干细胞成 骨诱导剂的作用下具有向成骨分化的特性;同时在骨髓 功诱导成具有成骨细胞特性且仍保持细胞活力至关重 间充质干细胞成骨诱导21 d后,作者在电镜下观察细胞 要。骨髓间充质干细胞在分化过程中受到很多因素的影 表面结构及内部超微结构,发现成骨诱导后的兔骨髓间 响,包括自身因素和环境因素。自身因素中最主要的是 充质干细胞体积增大,呈平铺状态,细胞核较规则,常 控制基因表达的转录因子。 呈圆形或椭圆形;细胞连接紧密,具有丰富的微绒毛样 突起,交错样排列;细胞内可见高电子密度且,细胞器 目前研究较多的自身因素主要为Cbfal转录因 丰富,粗面内质网发达,线粒体明显增多。王志顺等 子(急性骨髓性白血病因子3),在生物进化中高度保守的 和潘生才等 ,J的研究都发现骨髓间充质干细胞在成骨 细胞核内转录因子Cbfa1是成骨细胞分化和骨形成过程 诱导后细胞核及粗面内质网较丰富,可见线粒体,空泡, 中的控制基因,在去除老鼠的Cbfa1基因后,成骨细胞 糖原颗粒;经成骨诱导后线粒体及粗面内质网明显增 分化完全受抑制,使骨骼的软骨内骨化成骨和膜内骨化 多,空泡及糖原颗粒增加,细胞内可见高电子密度。实 成骨均不能发生【’‘圳。 验结果与上述两位研究者的实验结果吻合。 环境因素主要包括骨形态发生蛋白、维生素、激素 实验通过全骨髓贴壁法培养兔骨髓间充质干细胞, 和重力因素等。骨形态发生蛋白主要通过增加细胞内骨 操作简单容易,通过换传代可以获得纯度较高且具有贴 桥蛋白、骨钙素及I型胶原蛋白及增高碱性磷酸酶的活 壁活性的兔骨髓间充质干细胞,在成骨诱导剂的作用 性来促进细胞分化l‘旧】。1,25(OH)2vitD3是维生素D活性 下,骨髓间充质干细胞可向成骨细胞分化,且体外诱导 代谢产物,其作用通过维生素D受体介导,诱导其向成 分化的成骨细胞生长良好,表现出与成骨细胞相似的形 骨细胞分化且能抑制成骨细胞凋亡,促进骨髓间充质干 态学和生物学特性,证实骨髓间充质干细胞具有向成骨 细胞成骨标记物I胶原蛋白、骨桥蛋白及碱性磷酸酶的 细胞分化的潜能,表明骨髓间充质干细胞是可以作为骨 的分泌[20-21]。地塞米松是成骨诱导剂不可缺少的成分, 组织工程种子细胞,为进一步利用异种生物衍生骨支架 其不仅促进骨髓基质细胞生长和分化,而且调节成骨细 进行三维体系培养并构建生物衍生骨组织工程奠定实 胞分泌胰岛素样生长因子,促进细胞外基质胶原合成。 验基础。 值得注意的是骨髓间充质干细胞成骨分化对地塞米松具 有浓度依赖性,低浓度促进骨髓间充质干细胞向成骨细 童 锄:广西留学回国人员科学基金(桂科回0832012) 胞分化,高浓度使其向脂肪细胞分化,研究表明 “大网膜包裹构建大段血管化组织工程骨实验研究”。 1 0 mol/L时促成骨分化作用作用最明显 J。B一甘油磷酸 者痢 实验设计者为第二作者,评估者为第三,四作 盐和抗坏血酸同样也是成骨分化不可或缺的条件。因为 者,第一,五,六作者进行实验干预,均经过系统培训,未使 p一甘油磷酸盐可提供磷离子作为磷酸酶作用的底物,诱 用盲法评估。 导和激活碱性磷酸酶,促进有机磷向无机磷转化及矿盐 韧益臌 课题未涉及任何厂家及相关雇主或其他经济 沉积及钙化,是骨髓间充质干细胞发生矿化结节沉积的 组织直接或间接的经济或利益的赞助。 必要条件 。Coelho- ̄[24】认为骨髓基质细胞只有在p一甘 伦理要 实验过程中对动物处置方法符合2006年科技 油磷酸钠存在的情况下才可以发生矿化结节的沉积;抗 部 关于善待实验动物的指导性意见》的规定。 坏血酸是细胞合成胶原不可或缺的成分,不仅可以促进 考声豫文章为原创作品,数据准确,内容不涉及泄密, ISSN 2095.4344 cN 21-1581/R C0DEN:ZLKHAH 1073 肖仕辉.等 全骨髓姑壁法培养兔骨髓阚充质干细胞体外定向战骨诱导分化爱鉴定 WWW.CRTER.org 无一稿两投,无抄袭,无内容剽窃,无作者署名争议,无与他 人课题以及专利技术的争执,内容真实,文责自负。 4参考文献 【1】Lee HS,Huang GT,Chiang H,et a1.Multipotential mesenchymal stem cells fr0m femoral bone marrow near the site of osteonecrosis.Stem Cells.2003;21(2):1 90—1 99. 【2】 Fisher M,Hyzy S,Guldberg RE,et a1.Regeneration of bone marrow after tibial ablation in immunocompromised rats is agedependent.Bone.2010;46(2):396-401. 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