EPC-BMSC共培养复合PDPBB组织工程骨体系移植研究

来源 :昆明医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yinzhg01
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[研究目的]本研究采用骨髓来源的内皮祖细胞(Endothelial progenitor cells,EPCs)与骨髓间充质干细胞(Bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)构建干细胞共培养体系,探究EPC-BMSC共培养体系中细胞间的相互调控机制,并联合部分脱蛋白生物骨(Partially deproteinized biologic bone,PDPBB)构建组织工程骨体系,对其联合移植促进骨缺损的修复进行研究;同时研究FoxO1基因对于EPCs促进BMSCs归巢的调控机制。[方法](1)颈椎脱臼法处死SD大鼠,取双侧股骨及胫骨通过贴壁法分别分离培养骨髓来源EPCs与BMSCs,并通过小管形成实验、免疫双标染色及CD31免疫荧光染色鉴定EPCs,通过诱导BMSCs成骨、成脂及成软骨分化并利用不同的分化染色试剂盒鉴定BMSCs;(2)通过将分离培养的EPCs和BMSCs联合培养,按EPC/BMSC为单纯EPCs、2:1、1:1、1:2以及单纯BMSCs进行联合培养,通过观察细胞形态及细胞增殖实验确定联合培养的细胞比例;(3)利用Transwell小室构建EPC-BMSC共培养模型,提取细胞总RNA后通过转录组测序分析共培养组与单独培养组细胞间的差异基因;(4)通过小管形成实验研究EPC-BMSC共培养体系中BMSCs对EPCs成管能力的影响;通过qPCR验证EPC-BMSC共培养体系中BMSCs的IL15RA基因表达,并同时检测骨桥蛋白(Osteopontin,OPN)和骨钙素(Osteopontin,OC)在共培养体系条件下BMSCs中的表达,研究EPCs对于BMSCs成骨能力的影响;(5)取市售猪脊柱松质骨通过表面脱蛋白处理后制备PDPB以及PDPBB,比较PDPB、PDPBB以及脱钙骨基质三种支架材料在压缩实验下的最大应力和弹性模量,利用扫描电子显微镜观察材料表面微观结构;(6)将EPC-BMSC共培养体系分别接种在PDPB、PDPBB以及脱钙骨基质上,通过细胞增殖实验和扫描电子显微镜评估三种支架材料的生物相容性;将单独培养EPCs、BMSCs以及EPC-BMSC共培养体系分别接种在PDPBB支架上,通过细胞增殖实验和扫描电子显微镜评估细胞生长情况及细胞在支架表面的粘附情况;(7)通过RNAi技术敲低骨髓来源EPCs的FoxO1基因表达,并通过qPCR和Western blot分别从mRNA和蛋白水平检测FoxO1基因表达,在培养出稳定敲低FoxO1基因的EPCs后,通过qPCR检测FoxO1基因敲低后SDF-1基因在EPCs中的表达,确定两者之间的关系;(8)利用Transwell小室研究稳定敲低FoxO1基因的EPCs对于BMSCs的趋化作用,同时利用qPCR检测趋化模型中下室EPCs在mRNA水平上SDF-1基因的表达与对照组的差异。[结果](1)成功通过贴壁法分离培养骨髓来源的EPCs和BMSCs,骨髓来源EPCs免疫双标染色及CD31免疫荧光染色阳性,并具备成管能力;成功诱导BMSCs分化为成骨细胞、脂肪细胞以及成软骨细胞;(2)EPCs与BMSCs在不同比例下联合培养,通过细胞增殖实验发现EPC/BMSC的比例为2:1时,细胞能够维持较高的增殖速率,并在第72h时细胞增殖活性最高,确定EPC/BMSC的最佳比例为2:1;(3)转录组测序结果提示EPC-BMSC共培养体系中BMSCs相比对照组的BMSCs在转录水平上有差异基因共3个,其中表达上调2个,下调1个;共培养组EPCs相比对照组EPCs转录水平上有差异基因11个,其中表达上调8个,下调3个,其中共培养组中BMSCs上调的差异基因IL15RA可能与BMSCs的成骨和骨矿化有关;(4)共培养体系中EPCs在成管早期(2小时)形成小管的管长和分支节点的数量与对照组相比无统计学差异;共培养体系中BMSCs与对照组相比上调IL15RA基因和OPN基因的表达,而两组BMSCs中OC基因的表达无统计学差异;(5)基于压缩实验的结果显示,PDPBB与PDPB的最大应力差异无统计学意义,而脱钙骨基质的最大应力小于PDPB与PDPBB,差异具有统计学意义,通过扫描电子显微镜观察发现PDPBB表面附着丝状纤连蛋白;(6)EPC-BMSC共培养体系在脱钙骨基质上的细胞增殖活性最高,其次为PDPBB支架,而EPC-BMSC共培养体系在PDPB支架上的细胞增殖活性最低,差异具有统计学意义;通过扫描电子显微镜观察发现EPC-BMSC共培养体系在脱钙骨基质和PDPBB表面生长情况最佳,而EPC-BMSC共培养体系的细胞在PDPB表面的形态较为混乱;EPC-BMSC共培养体系在脱钙骨基质与PDPBB表面的细胞粘附较好,而PDPB表面的细胞伪足较少;EPC-BMSC共培养体系在PDPBB表面增殖活性高于EPCs或BMSCs单独培养,差异具有统计学意义,在扫描电子显微镜下观察发现BMSCs有利于EPCs在支架表面的细胞粘附;(7)通过qPCR检测RNAi技术处理后EPCs,发现FoxO1基因表达明显下降,差异具有统计学意义,而SDF-1基因表达与对照组并无统计学差异,说明FoxO1与SDF-1之间无直接关系;(8)Transwell小室模型中,稳定敲低FoxO1基因表达的EPCs组中BMSCs迁移数量与对照组相比无统计学差异,同时Transwell小室模型下室中EPCs通过qPCR检测发现SDF-1基因表达与对照组并无统计学差异。[结论](1)本实验利用贴壁法从骨髓全细胞中分离出EPCs和BMSCs,且确定EPC-BMSC共培养体系中EPC/BMSC的最佳比例为2:1;EPC-BMSC共培养体系中EPCs促进BMSCs成骨能力可能与IL15RA基因有关,而BMSCs对EPCs的成管能力并无明显影响;通过压缩实验、细胞增殖实验以及扫描电子显微镜观察细胞粘附情况,证实PDPBB是组织工程骨中较为理想的支架材料,EPC-BMSC共培养体系可以增强EPCs在支架表面的粘附作用;(2)FoxO1作为转录因子对于EPCs中SDF-1基因表达无明显作用,同时FoxO1对于EPCs促进BMSCs归巢的无直接调控关系。
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