流體剪應(yīng)力聯(lián)合生長因子-基底硬度對(duì)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞定向分化的影響.pdf

1、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs）具有多向的分化潛能，可分化為成骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞以及脂肪細(xì)胞等。研究表明，力學(xué)刺激、生長因子以及細(xì)胞生長的基底硬度都可在一定程度上調(diào)控BMSCs的分化。生理?xiàng)l件下，BMSCs在受到力學(xué)刺激的同時(shí)還受到生長環(huán)境的基底硬度以及多種生長因子的調(diào)控。因此，本研究采用力學(xué)加載聯(lián)合生長因子/基底硬度同時(shí)作用于BMSCs，通過檢測細(xì)胞的成骨向分化標(biāo)志物堿

2、性磷酸酶（ALP）和軟骨向分化標(biāo)志物糖胺聚糖（GAG）的表達(dá)量，來考察力學(xué)刺激、生長因子以及細(xì)胞生長的基底硬度三種條件對(duì)BMSCs定向分化的影響。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴探討流體剪應(yīng)力聯(lián)合基底硬度對(duì)BMSCs分化的影響：實(shí)驗(yàn)用細(xì)胞為第二、三代骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞，實(shí)驗(yàn)組分為“24h”組和“48h”組，“24（48）h組”表示接種于硬度為34 KPa和80 KPa（分別模擬軟骨和骨的硬度）的水凝膠上培養(yǎng)24（48）h后采用兩種不同線

3、性增加速度的流體剪應(yīng)力（△SS）作用20 min的BMSCs。兩種△SS分別表示從靜置后的0min開始，在0min或2min內(nèi)以線性速度從0 dyn/cm2增加到10 dyn/cm2（分別以0-0’和0-2’表示）。加載結(jié)束后，靜置培養(yǎng)48 h，分別檢測細(xì)胞中骨向分化標(biāo)志物堿性磷酸酶（ALP）和軟骨向分化標(biāo)志物糖胺聚糖（GAG）的表達(dá)。“24h”組實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下，ALP活力值大小順序?yàn)椋?0 KPa,0-2’>34 KPa,0-2’>34

4、 KPa,0-0’>80 KPa,0-0’，除后面兩組外，其他均有顯著性差異(P<0.05)；GAG含量大小順序?yàn)?4 KPa,0-0’>80 KPa,0-0’>80 KPa,0-2’>34 KPa,0-2’，且?guī)追N作用方式間都存在顯著性差異(P<0.05)，由以上結(jié)果可看出，BMSCs在軟硬基底上培養(yǎng)24 h后進(jìn)行力學(xué)加載，流體剪應(yīng)力對(duì)BMSCs的分化具有較大的貢獻(xiàn)?！?8 h”組實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下，ALP活力值大小順序?yàn)椋?0 KPa,0

5、-2’>80 KPa,0-0’>34 KPa,0-2’>34 KPa,0-0’，除中間兩組外，其他均存在顯著性差異(P<0.05)；GAG含量按大小排序?yàn)?4KPa,0-0’>34 KPa,0-2’>80 KPa,0-0’>80 KPa,0-2’，除中間兩組外，其他均存在顯著性差異(P<0.05)，據(jù)此我們分析得出，BMSCs在軟硬兩種基底上培養(yǎng)48 h后加載，基底硬度和流體剪應(yīng)力對(duì)BMSCs骨向和軟骨向分化產(chǎn)生的影響達(dá)到平衡。⑵探討流

6、體剪應(yīng)力聯(lián)合生長因子對(duì)BMSCs分化的影響：實(shí)驗(yàn)對(duì)照組為靜態(tài)培養(yǎng)的BMSCs，實(shí)驗(yàn)組為貼壁后24h進(jìn)行成骨（Osteogenic，以“O”表示）方向和軟骨（Chondrogenic，以“C”表示）方向誘導(dǎo)分化3 d、5d或7d的BMSCs，按照（1）中的加載方式進(jìn)行加載，檢測各實(shí)驗(yàn)組的ALP活力值和GAG表達(dá)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：在經(jīng)過3d的誘導(dǎo)后，檢測各組實(shí)驗(yàn)的ALP活力值，活力值按大小排序?yàn)椋∣,0-2’）>（C,0-2’）>（O,0-

7、0’）>（C,0-0’），且除后兩組外均有顯著性差異（P<0.05），GAG表達(dá)量（C,0-0’）>（O,0-0’）>（C,0-2’）>（O,0-2’），且（C,0-2’）與（O,0-2’）、（C,0-0’）與（O,0-0’）之間不存在顯著性差異（P>0.05），對(duì)BMSCs骨向和軟骨向分化具有相反作用的力學(xué)加載與生長因子共同作用的兩組實(shí)驗(yàn)ALP量化值（C,0-2’）>（O,0-0’），GAG表達(dá)量（O,0-0’）>（C,0-2’），以

8、上結(jié)果說明誘導(dǎo)3 d后加載，加載方式對(duì)BMSCs分化具有較大影響；在經(jīng)過5 d誘導(dǎo)分化后加載，ALP的活力值（O,0-2’）>（C,0-2’）>（O,0-0’）>（C,0-0’），除（C,0-2’）與（O,0-0’）外，其余各組存在顯著性差異（P<0.05），GAG表達(dá)量（C,0-0’）>（C,0-2’）>（O,0-0’）>（O,0-2’），除（C,0-2’）與（O,0-0’）外，其余各組均存在顯著性差異（P<0.05），以上結(jié)果表明5

9、 d的生長因子誘導(dǎo)分化與20 min的力學(xué)加載對(duì)細(xì)胞骨向和軟骨向分化的產(chǎn)生的影響幾乎達(dá)到平衡；經(jīng)過7 d的誘導(dǎo)分化后檢測到的ALP活力值順序如下（O,0-2’）>（O,0-0’）>（C,0-2’）>（C,0-0’），且除（O,0-0’）與（C,0-2’）以及（C,0-2’）與（C,0-0’）之間，其余均存在顯著性差異（P<0.05），GAG表達(dá)量順序如下（C,0-0’）>（C,0-2’）>（O,0-0’）>（O,0-2’），除（O,0-