模擬微重力環(huán)境對人牙周膜干細胞增殖分化的影響及其機制的研究.pdf

1、長期空間飛行可引起身體多個系統(tǒng)的改變?nèi)缪骸难芟到y(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、骨骼肌肉系統(tǒng)、自主平衡系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)等。由于實驗耗資巨大，具備空間實驗?zāi)芰Φ娜肆Y源缺乏和實驗設(shè)備重量嚴格受限等因素使得空間載體科學(xué)實驗非常有限，因此被美國航空航天局認可的旋轉(zhuǎn)細胞培養(yǎng)系統(tǒng)（rotarycellculturesystem，RCCS），成為地面模擬微重力環(huán)境進行細胞或組織實驗的主要儀器。RCCS中培養(yǎng)體系對細胞產(chǎn)生的機械剪切力小，充氧不引起渦流，

2、有利于細胞營養(yǎng)的及時補充，加速代謝產(chǎn)物的盡快排除，從而改善離體細胞的培養(yǎng)條件,有利于細胞培養(yǎng)和組織生長。
　　成體干細胞是指從機體某些組織中分離出來的具有自我更新和多向分化能力的一類細胞,它分布于不同的組織,還可以通過血液循環(huán)到達軀體各處,參與組織的修復(fù)和再生。牙周膜干細胞是一種典型的牙源性間充質(zhì)干細胞，可以從新鮮拔除牙齒的牙周膜組織中獲得。盡管在體外普通培養(yǎng)環(huán)境下這種牙周膜干細胞呈現(xiàn)出一種較低的成骨分化潛能，但是在礦化誘導(dǎo)培養(yǎng)條

3、件下,牙周膜干細胞可以表達成牙骨質(zhì)/成骨特性標(biāo)記物,如堿性磷酸酶、細胞外基質(zhì)磷酸化糖蛋白、骨涎蛋白、骨鈣素和轉(zhuǎn)移生長因子β1；牙周膜干細胞植入免疫缺陷鼠體內(nèi)能夠生成類似牙周膜樣結(jié)構(gòu)。這些特性表明牙周膜干細胞作為一種新的成體干細胞，具有其特殊性和潛在的臨床應(yīng)用價值。
　　TGF-β超家族細胞因子經(jīng)過其各自的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)引起不同的生物學(xué)效應(yīng)，而信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的基本過程相似：通過TGF-β族配體——膜受體——Smads蛋白——轉(zhuǎn)錄因子——基因表達

4、等步驟。Smads家族是TGF-β超家族成員下游的一種細胞內(nèi)信號的特異性轉(zhuǎn)導(dǎo)分子，可將信號直接從細胞膜轉(zhuǎn)導(dǎo)入細胞核內(nèi)，具有轉(zhuǎn)錄活化的作用。組織學(xué)和細胞學(xué)研究證實牙周膜的發(fā)育過程中，TGF-β及其受體在成骨細胞、成牙骨質(zhì)細胞和成纖維細胞內(nèi)均有較強的表達，提示TGF-β能夠調(diào)節(jié)牙周膜組織的發(fā)生和成熟。
　　本課題旨在：探討地面靜止及模擬微重力環(huán)境中牙周膜干細胞形態(tài)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增殖、分化等生物學(xué)特性有何種變化；明確smads信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子

5、在兩種不同培養(yǎng)環(huán)境下對細胞生物學(xué)行為變化是否起到關(guān)鍵性的調(diào)控作用；探明微重力環(huán)境下牙周膜細胞的生物力學(xué)反應(yīng)，及牙周膜細胞在微重力環(huán)境下生物力學(xué)響應(yīng)的主要信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑和關(guān)鍵信號分子，為維護航天員的口腔健康提供有效的防護措施，并且為臨床研究牙周組織再生和牙齒松動等牙周疾病提供新的治療思路。
　　所取得的主要結(jié)果如下:
　　1.牙周膜干細胞的分離、培養(yǎng)、鑒定及多向分化能力檢測
　　通過組織塊聯(lián)合酶消化法獲得了牙周膜細胞，利用

6、單克隆培養(yǎng)法在間充質(zhì)干細胞培養(yǎng)基內(nèi)成功分離出牙周膜干細胞；采用成骨誘導(dǎo)、成脂誘導(dǎo)方式驗證了牙周膜干細胞具備多向分化能力；采用免疫組織化學(xué)染色和流式細胞儀定量分析細胞群體中間充質(zhì)干細胞標(biāo)志物Stro-1的陽性表達率。
　　2.微重力環(huán)境下牙周膜干細胞的生物學(xué)特性分析
　　利用旋轉(zhuǎn)生物反應(yīng)器（RCCS）和Cytodex-3微載體成功對牙周膜干細胞接種并懸浮培養(yǎng)。對牙周膜干細胞在懸浮模擬微重力和普通重力環(huán)境的細胞生物狀態(tài)進行了比較

7、，主要觀察了細胞形態(tài)學(xué)改變、增殖潛能變化、細胞成骨/成牙骨質(zhì)向分化能力改變。結(jié)果提示模擬微重力環(huán)境能夠加強細胞增殖能力，促進細胞成骨/成牙骨質(zhì)向分化潛能，同時細胞出現(xiàn)不同于普通重力下的形態(tài)。
　　3.Smads信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子在微重力引起牙周膜干細胞成骨/成牙骨質(zhì)向分化中的作用機制研究。
　　TGF-β1可以促進牙周膜干細胞成骨/成牙骨質(zhì)向分化；Smads信號在此過程中充當(dāng)了重要角色；微重力引起的牙周膜干細胞成骨/成牙骨質(zhì)向分化