基于人尿源干細胞的骨組織工程研究.pdf

1、目的:本實驗從成人清潔中段尿中分離尿源干細胞(human urine-derived stemcells,USCs)，并探究USCs的生物學特征，通過增殖速度、表面標志物和多向分化潛能比較USCs與脂肪來源的干細胞(adipose-derived stem cells，ASCs)的生物學特征;在此基礎上，探究骨形態(tài)發(fā)生蛋白2(Bone morphogeneticprotein2)轉(zhuǎn)染對USCs成骨分化能力的影響:然后，研究USCs在磷酸

2、三鈣(β-TCP)上的生物學行為，最后，將USCs接種至β-TCP上并移植到大鼠股骨大段骨缺損中，探究USCs/β-TCP復合物對大段骨缺損的修復作用。
　　方法:第一部分:收集健康成人清潔中段尿200 ml，離心洗滌后加入配制的專用培養(yǎng)基來培養(yǎng)USCs。通過CCK-8和流式細胞儀檢測USCs增殖能力和表面標志物。加入誘導分化培養(yǎng)基，探究USCs成骨、成軟骨和成脂肪分化能力。第二部分:體外構建含人BMP2基因的慢病毒載體并轉(zhuǎn)染US

3、Cs，檢測轉(zhuǎn)染效率和轉(zhuǎn)染后細胞活力，檢測轉(zhuǎn)染對USCs堿性磷酸酶活性(ALP)，礦鹽沉積和成骨標志物表達的影響，將轉(zhuǎn)染BMP2的USCs移植到裸鼠體內(nèi)分析其異位成骨能力。第三部分:分離并擴增USCs，將USCs接種至β-TCP支架上，通過掃描電鏡，CCK-8和活死細胞染色檢測USCs在β-TCP上的粘附、增殖和存活，成骨誘導培養(yǎng)基培養(yǎng)7天和14天后，通過ALP活性和成骨基因表達檢測USCs在β-TCP上成骨分化情況。第四部分:將USCs

4、/β-TCP復合物移植到大鼠6 mm股骨缺損處，在術后4、8和12周通過X線，micro-CT以及組織學染色來分析骨缺損的愈合情況。
　　結(jié)果:第一部分:5-7 d后在培養(yǎng)板中觀察到細胞克隆出現(xiàn)，14d后可以達到90％的融合。CCK-8證實貼壁細胞增殖活躍，與ASCs一樣呈現(xiàn)“S”形增殖曲線。流式細胞儀結(jié)果證實USCs和ASCs表達CD29，CD44，CD73，CDg0，不表達CD31，CD34，CD45，CD133，CD309和

5、HLA-DR。但CD105在ASCs中表達較高，而在USCs中表達較低。USCs可以向成骨細胞、軟骨細胞和脂肪細胞分化。與ASCs具有同樣的多向分化能力。經(jīng)過體外多次傳代后，USCs仍然顯示正常的核型。第二部分:流式結(jié)果顯示慢病毒轉(zhuǎn)染效率高達90％，且轉(zhuǎn)染后細胞增殖未受明顯的影響。慢病毒轉(zhuǎn)染BMP2基因到USCs后，BMP2基因表達和蛋白分泌量明顯增多，BMP2轉(zhuǎn)染組ALP活性和礦鹽沉積明顯高于普通USCs和GFP轉(zhuǎn)染組。同時BMP2-

6、USCs高表達成骨相關的標志物:Runx2和OCN，組織學染色分析顯示BMP2-USCs移植組在裸鼠肌袋中形成大量的新生骨。第三部分:USCs可以在β-TCP支架上粘附、增殖和存活。ALP活性和成骨相關基因表達證實USCs向成骨細胞分化。第四部分:X線和micro-CT結(jié)果證實USCs/β-TCP組修復效果明顯優(yōu)于單純β-TCP和空白對照組。組織學染色同樣證明USCs/β-TCP組新生骨明顯多于單純β-TCP和空白對照組。熒光顯微鏡顯示

7、USCs/β-TCP組礦鹽沉積速度明顯快于β-TCP和空白對照組。術后12周抗人細胞核抗體證實USCs在骨缺損部位的存活。體內(nèi)實驗結(jié)果顯示USCs/β-TCP能明顯的促進骨缺損的修復。
　　結(jié)論:從成人清潔中段尿液中可以分離得到USCs，USCs具有與ASCs類似的生物學特征。BMP2基因轉(zhuǎn)染有效的促進USCs成骨分化。USCs能在β-TCP上粘附，增殖，存活和成骨分化。USCs/β-TCP移植能顯著促進骨缺損的修復，USCs可做