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目的:临床上周围神经损伤的患病率较高,并可由多种病因导致,为有效地恢复神经的连续性及其功能,临床医生及研究人员做了大量的研究工作。修复短距离的神经损伤较为容易,可直接拉拢两侧神经的残端进行缝合,恢复其神经连续性。但是,长距离的神经缺损由于神经断端张力的问题无法采用直接缝合的方法,进行神经或移植物移植就成为了唯一切实有效的办法。自体神经移植是临床治疗长距离周围神经缺损的金标准,但由于供体资源有限、供区可能出现的感觉及功能减退、增加手术瘢痕及创伤和受区神经可能形成神经瘤等缺点,局限了自体神经移植的适应症。 近年来随着再生医学的兴起,研究人员对于长距离周围神经缺损的修复拓宽了思路,进行了新的尝试,旨在构建再生的周围神经。同构建其他再生组织一样,有效地选择、培养并移植种子细胞以及移植后细胞功能的有效发挥是再生周围神经成功修复周围神经缺损的关键环节。种子细胞促进神经再生的作用主要体现在其能够分泌促进周围神经再生的生长因子及细胞外基质,并通过其作用于再生的轴突。 脂肪干细胞是一种具有多向分化潜能的成体干细胞,较易分离,在体外培养增殖较为迅速,且在一定条件下能够诱导分化为类雪旺细胞,提示其可作为构建再生周围神经的种子细胞。但脂肪干细胞植入宿主体内后,其修复周围神经损伤的机制尚不明确,向类雪旺细胞分化可能仅是其功能体现的一个方面。我们推测脂肪干细胞植入体内后可能作为两种状态存在,未分化状态和向类雪旺细胞分化状态,类雪旺细胞分化可能是由于雪旺细胞释放某些细胞因子促使脂肪干细胞向其分化,并可能发挥类似雪旺细胞的功能,而未分化的脂肪干细胞则可能分泌细胞因子和细胞外基质调节雪旺细胞功能发挥促进周围神经再生的作用。 神经支架必须满足多种要求,包括构建一个可渗透的,具备生物相容性的环境,从而允许细胞浸润和恢复损伤导致的神经元连接。透明质酸广泛分布于动物体内,是细胞外基质的重要组成部分,具有高度的亲水性和粘弹性,很少与细胞粘连且可预防瘢痕的生成。在一系列包含细胞外纤维基质的沉积及重塑的生物学进程中,透明质酸作为细胞-基质相互作用在细胞增殖及迁移过程中起到至关重要的作用。 本研究通过脂肪干细胞的体外分离培养,检测其促进神经再生的分泌功能;通过体外间接共培养的方式,探讨脂肪干细胞与雪旺细胞的相互作用关系及脂肪干细胞促进神经再生的相关机制;通过透明质酸钠水凝胶与脂肪干细胞体外相容性的研究,拟为周围神经再生寻找一种理想的支架材料。 研究方法:1、大鼠脂肪干细胞的分离、培养及鉴定细胞表面标记 2、大鼠脂肪干细胞体外向脂肪细胞及成骨细胞的分化诱导 3、免疫荧光法及ELISA法检测大鼠脂肪干细胞表达及分泌神经生长因子(NGF)、胶源性神经营养因子(GDNF)、纤维粘连蛋白(Fibronectin)及层粘连蛋白(Laminin)的功能 4、大鼠雪旺细胞的体外分离、培养及免疫荧光法鉴定S-100表达 5、大鼠脂肪干细胞体外向雪旺细胞的分化诱导 6、建立大鼠脂肪干细胞与雪旺细胞共培养体系 分别取第三代大鼠脂肪干细胞与雪旺细胞通过Transwell共培养皿(滤网孔隙直径0.4μm)进行细胞共培养。 7、免疫荧光及Western Blot法检测诱导后和共培养后的脂肪干细胞S-100和GFAP的表达 8、RT-PCR检测及共培养体系中雪旺细胞及对照组雪旺细胞NGF、GDNF、Fibronectin、Laminin的表达 9、ELISA检测共培养体系中培养基上清液及脂肪干细胞和雪旺细胞对照组培养基上清液中NGF、GDNF、Fibronectin、Laminin的含量 10、制备透明质酸钠水凝胶 11、CCK-8法检测透明质酸钠水凝胶对脂肪干细胞的毒性作用及增殖作用 12、AnnexinⅤ-FITC和PI双重染色检测透明质酸钠水凝胶对脂肪干细胞的凋亡作用 13、与透明质酸共培养的大鼠脂肪干细胞向雪旺细胞的分化诱导 14、电镜检测透明质酸钠水凝胶表面及其内部的细胞形态及结构 15、免疫荧光检测与透明质酸钠水凝胶共培养诱导后的脂肪干细胞S-100和GFAP的表达 16、统计学处理 所有数据采用SPSS13.0软件分析,p<0.05为差异有显著性。 结果:1、体外提取大鼠脂肪干细胞并进行传代,第3代脂肪干细胞流式细胞仪检测表面标记结果显示:CD29和CD44阳性,CD45和CD11阴性。脂肪干细胞生长曲线显示细胞生长无明显迟滞期,第6d达到生长峰值。 2、大鼠脂肪干细胞体外成脂诱导分化14d油红染色脂滴处呈红色,成骨诱导分化21d茜素红染色可见细胞形成典型的橘红色钙化结节。 3、免疫荧光及ELISA法检测结果表明大鼠脂肪干细胞表达并分泌神经营养因子NGF、GDNF及细胞外基质Fibronectin、Laminin。 4、体外提取大鼠雪旺细胞并进行传代,第3代雪旺细胞免疫荧光染色可见S-100在细胞浆内表达。雪旺细胞生长曲线显示细胞在3d后开始快速增殖。 5、第三代脂肪干细胞分化培养基作用2w后,细胞由成纤维细胞样或梭形逐渐变为纺锤形,且两端可见较长的突起,形态类似雪旺细胞。 6、通过Transwell细胞共培养体系检测到雪旺细胞培养48h后快速增殖,共培养体系中雪旺细胞增殖曲线与单纯雪旺细胞对照组曲线类似,但总体的增殖速度却要明显高于对照组。 7、免疫荧光检测结果显示雪旺细胞、分化后的脂肪干细胞及共培养的脂肪干细胞S-100及GFAP呈阳性,而未分化的脂肪干细胞呈阴性。 8、Western Blot方法进一步验证雪旺细胞、分化后的脂肪干细胞及共培养的脂肪干细胞显示S-100及GFAP的免疫反应条带。但在未分化的脂肪干细胞未显示。 9、RT-PCR检测结果显示共培养的雪旺细胞较单纯雪旺细胞对照组NGF、GDNF、Fibronectin及Laminin表达明显增高。 10、ELISA检测结果显示共培养上清液中NGF、GDNF、Fibronectin及Laminin的含量较对照组明显增高。 11、CCK-8进行细胞毒性检测,共培养3d后,第三代大鼠脂肪干细胞与透明质酸钠水凝胶共培养实验组细胞活性明显高于对照组。 12、细胞增殖检测结果显示,透明质酸钠水凝胶可以促进未分化脂肪干细胞的增殖。 13、AnnexinⅤ-FITC和PI双重染色结果显示,随着时间的增加,实验组的细胞凋亡率较对照组的轻与透明质酸钠水凝胶共培养微升高。 14、与透明质酸钠水凝胶共培养第三代脂肪干细胞应用分化培养基作用2w后,细胞由成纤维细胞样或梭形逐渐变为纺锤形,且两端可见较长的突起。免疫荧光检测结果显示分化后的脂肪干细胞S-100及GFAP呈阳性,而未分化的脂肪干细胞呈阴性。 15、扫描电镜显示未分化脂肪干细胞及分化的脂肪干细胞在透明质酸钠水凝胶表面均保持完整的细胞形态。 结论:1、自大鼠脂肪组织中能够分离脂肪干细胞,并在体外稳定传代。大鼠脂肪干细胞可以表达并分泌神经营养因子及细胞外基质,为周围神经再生提供营养基础及稳定的微环境。2、大鼠脂肪干细胞可在体外向雪旺细胞分化,促进周围神经的再生。共培养体系中,脂肪干细胞可促进雪旺细胞的增殖,并促进雪旺细胞对神经营养因子和细胞外基质的分泌。而雪旺细胞可诱导脂肪干细胞向雪旺细胞分化。3、透明质酸钠水凝胶对脂肪干细胞无细胞毒性作用,可促进脂肪干细胞的增殖。透明质酸钠水凝胶可作为脂肪干细胞的载体促进周围神经再生。