家蠶絲素蛋白納米纖維排列走向?qū)ι窠?jīng)元生長發(fā)育的影響.pdf

1、中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system,CNS)損傷后難以自我修復(fù),主要因?yàn)樵谟诩?xì)胞的丟失、神經(jīng)元突起的斷裂、以及抑制突起再生環(huán)境的形成。目前,最有希望的治療手段就是利用組織工程的方法對損傷區(qū)域進(jìn)行合適的組織細(xì)胞和支架材料的移植,通過支架材料本身的物理和化學(xué)性質(zhì)調(diào)節(jié)細(xì)胞的行為以及組織的形成,改善損傷區(qū)域的抑制性環(huán)境。為了設(shè)計出最符合移植需要的支架材料,近年來國內(nèi)外學(xué)者對神經(jīng)系統(tǒng)來源的細(xì)胞與生物材料間相互作用進(jìn)行了一些

2、研究。本文利用不同走向的家蠶絲素蛋白納米纖維支架作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)終端分化細(xì)胞和神經(jīng)干細(xì)胞的生長基質(zhì),探討家蠶絲素蛋白納米纖維的排列走向?qū)π迯?fù)細(xì)胞的引導(dǎo)作用以及絲素蛋白納米纖維在中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷修復(fù)上應(yīng)用的可能性。
　　 本研究首先在體外培養(yǎng)得到了星形膠質(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)元及神經(jīng)干細(xì)胞,并通過細(xì)胞形態(tài)、生長特性及特異性抗原表達(dá)(GFAP,β-Ⅲ-tubulin及nestin等)對細(xì)胞進(jìn)行了鑒定。結(jié)果顯示:(1)通過反復(fù)傳代的方法純化了星

3、形膠質(zhì)細(xì)胞(純度在92％以上)；(2)體外培養(yǎng)的神經(jīng)元具有典型的特征,突起明顯,生長狀態(tài)較好；(3)腦室下區(qū)(subventricularzone,svz)來源的的神經(jīng)干細(xì)胞懸浮培養(yǎng)3 d即可形成神經(jīng)球。神經(jīng)巢蛋白(nestin)特異性抗原證明此培養(yǎng)體系下的神經(jīng)干細(xì)胞陽性比例較高,同時分化實(shí)驗(yàn)也證明了所得到的細(xì)胞可分化為神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。
　　 接下來將體外培養(yǎng)的星形膠質(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)元及神經(jīng)干細(xì)胞接種到平行排列或者隨機(jī)排列的家

4、蠶絲素蛋白納米纖維上。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:(1)星形膠質(zhì)細(xì)胞在家蠶絲素蛋白納米纖維上具有正常的粘附、生長和遷移等行為。星形膠質(zhì)細(xì)胞的生長依賴于絲素蛋白納米纖維,纖維的走向?qū)?xì)胞的遷移以及伸展具有引導(dǎo)作用。與隨機(jī)排列的家蠶絲素蛋白納米纖維相比,平行排列的家蠶絲素蛋白納米纖維上膠質(zhì)細(xì)胞鋪展面積較小,但伸展長度較長。同時,平行排列的家蠶絲素蛋白納米纖維能能引導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞進(jìn)行更有效的遷移(遷移效率為位移與遷移總距離的比值)。(2)家蠶絲素蛋白納米纖

5、維支持原代培養(yǎng)的神經(jīng)元生長,細(xì)胞的突起明顯,且緊密的依附在家蠶絲素蛋白納米纖維上,突起的伸展方向與材料走向一致。平行排列的家蠶絲素蛋白納米纖維上神經(jīng)元突起數(shù)少,但突起總長度與其他組間不存在顯著性差異,表明平行的家蠶絲素蛋白納米纖維能促進(jìn)突起的定向生長。(3)家蠶絲素蛋白納米纖維能夠維持神經(jīng)干細(xì)胞的未分化特性,引導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞沿著纖維走向進(jìn)行遷移以及支持神經(jīng)干細(xì)胞向膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元的分化。值得注意的是,分化的神經(jīng)干細(xì)胞的遷移同樣受到纖維走向

6、的影響。平行排列的家蠶絲素蛋白納米纖維引導(dǎo)細(xì)胞沿著其自身排列走向進(jìn)行遷移,遷移出的細(xì)胞圍繞著神經(jīng)球呈橢圓形分布。
　　 在體內(nèi),細(xì)胞外基質(zhì)和有序的組織結(jié)構(gòu)影響著細(xì)胞突起的生長和延伸,又有研究表明,在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育時期,星形膠質(zhì)細(xì)胞能夠引導(dǎo)神經(jīng)元的遷移。此外,星形膠質(zhì)細(xì)胞(Astrocyte)始終伴隨著神經(jīng)元的整個發(fā)育過程,對維持神經(jīng)元的生存和神經(jīng)前體細(xì)胞的發(fā)育起著重要的作用。因此我們認(rèn)為或許可以利用支架材料引導(dǎo)膠質(zhì)細(xì)胞的鋪展和

7、遷移,從而調(diào)控神經(jīng)元突起的定向生長。為此,我們將星形膠質(zhì)細(xì)胞與神經(jīng)元共培養(yǎng)在平行排列或者隨機(jī)排列的家蠶絲素蛋白納米纖維纖維上,并對神經(jīng)元的存活以及復(fù)雜度(初級突起數(shù)目、突起總數(shù)目和突起總長度等)進(jìn)行了檢測。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:絲素蛋白納米纖維結(jié)合星形膠質(zhì)細(xì)胞能很好地支持神經(jīng)元的生長,第4 d可見成熟的神經(jīng)元樣細(xì)胞。與神經(jīng)元單獨(dú)培養(yǎng)在家蠶絲素蛋白納米材料上相比,共培養(yǎng)組的神經(jīng)元的存活力、突起數(shù)量以及長度均有明顯提高。同時,雖然共培養(yǎng)體系中神經(jīng)元