尿源性干细胞复合聚己内酯/明胶电纺纳米支架修复皮肤组织损伤的实验研究

来源 :南昌大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liq123456
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目的:1.研究从人类尿液分离的尿源性干细胞(UDSCs)的生物学特性,为再生医学研究提供新型且丰富的种子细胞来源;2.构建UDSCs复合聚己内酯/明胶(PCL/GT)电纺纳米纤维膜的组织工程皮肤,评价其对家兔全层皮缺损伤口的修复功能。方法:1. UDSCs生物学特性观察1.1LMM101培养基贴壁筛选法从健康人体尿液中分离培养UDSCs;1.2UDSCs表面标记物鉴定:流式细胞术检测表面抗原CD29、CD73、CD90、CD146、CD34和HLA-DR等的表达情况;1.3UDSCs多向分化能力鉴定:采用成骨、成脂和成软骨诱导培养基分别对UDSCs进行诱导培养,并分别用茜素红、油红O和甲苯胺蓝进行染色鉴定;2.PCL/GT电纺纳米纤维膜的制备:将聚己内酯(poly(-caprolactone),PCL)和明胶(Gelatin,GT)混合电纺制得混合纳米纤维膜。通过傅立叶红外光谱、接触角、杨氏模量、体外降解速率对材料进行表征。3. PCL/GT电纺纳米纤维膜生物相容性观察:将UDSCs细胞种植于PCL/GT纳米纤维膜上,利用CCK-8法检测UDSCs增殖能力;活/死细胞染色方法观察UDSCs在PCL/GT支架材料表面的存活率。并对UDSCs复合PCL/GT支架进行扫描电镜(SEM)观察。4.UDSCs复合PCL/GT支架的构建及体内移植:4.1将4-6代UDSCs进行GFP+慢病毒感染标记后,接种于PCL/GT支架上进行体内移植;4.2全层皮肤缺损模型及移植实验:在新西兰大白兔背部手术操作面积为2cm×2cm的皮肤全层缺损创面,随机分别以(GFP+)UDSCs-PCL/GT复合膜、PCL/GT覆盖,覆盖纱布组为对照组。于14day观察创面愈合情况并计算创面的愈合率。取创面及创面周围组织做冰冻切片, HE染色和Masson’s三色染色后观察皮肤结构变化。细胞免疫荧光观察表皮组织,新生血管变化及(GFP+)UDSCs在体内的生存情况。5. UDSCs复合PCL/GT支架修复皮肤损伤的作用机制:通过CCK-8法、实时无标记动态细胞分析技术(RTCA,Real Time Cellular Analysis)、划痕实验和成管实验观察UDSCs条件培养基对人脐静脉内皮细胞(HUVECs)的增殖、迁移及成管能力的影响,以进一步分析UDSCs修复皮肤损伤的机制。结果:1.从人类的新鲜尿液中成功分离培养出UDSCs。UDSCs细胞接种后3-8天开始贴壁生长,8-12天后细胞呈集落生长,经过2-3周传代培养后细胞形态呈均一的成纤维细胞样。流式细胞术检测P3代UDSCs,结果显示表达CD29、CD73、CD90和CD146,不表达CD34,HLA-DR。表明UDSCs符合间充质干细胞的特征。体外采用成骨、成脂和成软骨培养基分别对UDSCs进行诱导培养,在21天,成骨诱导茜素红染色呈阳性。在14天,成脂诱导油红“O”染色呈阳性。在28天,成软骨诱导细胞呈球状团块生长,冰冻切片后,甲苯胺蓝染色呈阳性。结果表明UDSCs在体外具有成骨、成脂和成软骨的分化潜能。2.成功制备了PCL/GT混合纳米纤维膜:通过红外分析明胶的氮氢键(N-H)变形振动吸收峰在1500-1550cm-1和1600-1650cm-1处被观察到, PCL或明胶中的碳氧双键(C=O)的特征吸收峰在1700-1760cm-1处被观察到,表明已经成功制备了PCL/GT混合纳米纤维膜,接触角检测结果表明,在25℃室温下,PCL纤维支架对水接触角为109°±0.4°,通过混纺后,PCL/GT纤维支架接触角减小到接近0°,表明电纺入GT纤维可以增强PCL薄膜的亲水性,有利于提高PCL纤维膜材料的生物相容性。杨氏模量的结果显示PCL/GT纤维的力学性能和人皮肤组织很接近。在模拟体液中PCL/GT在6周后失重率达到了90%以上,而PCL膜6周后失重率不到5%,表明有明胶纤维降解的微环境能促进复合膜中PCL纤维的降解。3.SEM和活/死细胞染色结果显示,培养7天后,UDSCs在PCL/GT膜上黏附,呈现各种形态并向材料内部迁移生长,细胞生存状态良好。CCK-8法结果表明UDSCs在PCL/GT支架上增殖效率较好。表明PCL/GT支架具有良好的生物相容性。4. UDSCs-PCL/GT具有显著促进皮肤损伤修复的作用。在14天,兔创面收缩率,UDSCs-PCL/GT组>PCL/GT组(p<0.05)>对照组(p<0.05); HE染色和Masson染色结果表明UDSCs-PCL/GT组相比较于PCL/GT组和对照组,皮肤结构完整,创面上皮化程度高,新生胶原纤维面积大(p<0.01)且排列整齐,可见基本发育完整的皮肤附件即新生致密毛囊。从细胞免疫荧光的染色结果观察到,UDSCs-PCL/GT组的表皮面积比PCL/GT组大(p<0.01),与对照组相比存在显著的差异(p<0.01)。在7天和14天,UDSCs-PCL/GT组的新生血管密度相比于PCL/GT组和对照组均存在显著的差异(p<0.01)。荧光显微镜下观察到伤口组织在7天广泛表达(GFP+)UDSCs,在14天未见表达。提示UDSCs有可能是通过干细胞的旁分泌机制促进了血管新生从而促进损伤的修复。5. UDSCs条件培养基可促进HUVECs增殖、迁移,并提高HUVECs的成管能力。CCK-8检测结果表明UDSCs条件培养基能明显提高HUVECs增殖效率;RTCA和划痕实验表明UDSCs条件培养基能影响HUVECs,促进其迁移;成管实验结果观察到UDSCs条件培养基提高了毛细血管管腔形成数量。表明UDSCs旁分泌因子与HUVECs的血管生成能力有关。结论:1.本研究建立了对UDSCs的分离培养技术,其生物学特性符合间充质干细胞的特征,其具有来源丰富、取材无创及可来源于自体等优势,有望成为再生医学新的种子细胞来源;2.本研究制备的PCL/GT纳米纤维支架具有良好的力学性能和生物相容性,符合皮肤组织工程支架材料的要求;3.UDSCs复合PCL/GT纳米纤维膜具有显著促进皮肤伤口愈合的作用,其作用机制可能是通过干细胞的旁分泌机制促进了损伤组织的血管新生,从而促进了损伤皮肤的修复。
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