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大鼠骨髓间充质干细胞体外培养和鉴定

2023-08-25 来源:钮旅网
西部医学2011年12月第23卷第12期Med J West China,December 2011,Vo1.23,No.12 ・2303・ 大鼠骨髓间充质干细胞体外培养和鉴定* 田诗政,杨志宏,冯国华,唐俊明,陆 华 (湖北医药学院附属人民医院烧伤整形科・临床医学研究所,湖北十堰442000) 【摘要】 目的探讨大鼠骨髓间充质干细胞(BMSCs)体外分离培养方法及其生物学特性。方法 采用全骨髓贴 壁培养法获得大鼠骨髓间充质干细胞,取第3代骨髓间充质干细胞,通过成骨、成脂肪诱导分化以及流式细胞仪分析其 表面标记(CD29、CD34、CD45、CD90)等鉴定BMSCs特征。结果 全骨髓贴壁培养法获得的BMSCs,原代和传代培养 具有活跃的增殖能力;BMSCs经诱导后可分别向成骨、成脂转化;流式分析表面标志分子高表达CD90(96.5 )、CD29 (92.3%),低表达CD34(0.89 )、CD45(1.41%)。结论BMSCS具有潜在的多向分化能力。 全骨髓贴壁培养法可有效地分离和扩增BMSCs,分离培养的 【关键词】骨髓问充质干细胞;培养;分化 【中图分类号】R-33;Q 813 【文献标识码】A 【文章编号】DOI:10.3969/j.issn.1672—3511.2011.12.003 Culture and identification of rat bone marrow。derived mesenchymal stem cells TIAN Shi-zheng,YANG Zhi-hong,FENG Guo-hua,et al (Department of Burns and Plastic Surgery,Institute of Clinical Medicine,Renmin Hospilal, Hubei University of Medicine,Shiyan 442000,Hubei) [Abstract]Objective To explore the biological characteristics and culture of bone marrow—derived mesenchymal stem cells(BMSCs)of rats in vitro.Methods The BMSCs of rats were cultured by the whole bone marrow adherence cul— ture.BMSCs was identified through multi—d讧ferentiation and surface marker assay(CD29,CD34,CD45,CD9O).Results BMScS were obtained by the whole bone marrow adherence culture.The BMSCs cultured by primary cultivation and sub— cultivation had good reproductive activities.BMSCs could be induced into osteoblasts and lipoblasts.The results of Flow Cytometry showed that the 95.5 BMSCs expressed CD90,92.3 cells expressed CD29,0.89%cells expressed CD34 and 1.41 cells expressed CD45.Conclusion BMSCs can be separated and proliferated effectively by the whole bone marrow adherence culture.The cultured BMSCs have the capability of mu1tidirectional differentiation in vitro. [Key words] Bone marrow-derived mesenchymal stem cells;Culture;Differentiation 骨髓间充质干细胞(bone marrow derived mesen— 重(40±5)g。动物在屏障系统环境下,用专用饲料和 灭菌水分笼饲养。 1.1.2 实验试剂DMEM培养基(美国Gibeol公 司);胎牛血清(fetal bovine serum,FBS,杭州四季青 chymalstem cells,BMSCs)是中胚层来源的具有多向 分化潜能的干细胞,获取方法简单,体外培养条件要 求不高,持续增殖能力强,体内移植无或具有弱排异 反应,易于被外源基因转染并稳定表达,在细胞工程、 组织工程中具有广泛应用前景,但是骨髓中只含有少 生物工程有限公司);胰酶((Trypsin,Sangon); CD29、CD34、CD45、CD90(美国eBioscienee公司);地 量BMSCs,在骨髓的有核细胞中所占的比例约为1/ 100000,难以满足组织工程和细胞治疗的需要,且易 塞米松、B一磷酸甘油、维生素C、胰岛素、4,6一联脒一2一苯 基吲哚(4,6-diamidino-2一phenyl—indoledi—acetate,D A 与其他细胞相混杂,探索理想的BMSCs体外培养扩 增方法和鉴定方法具有重要的理论意义和现实意义。 1材料与方法 1.1材料 P I),茜素红(Sigma),油红O(Sigma)。 1.1.3主要仪器CO。细胞培养箱(Scientific),超净 工作台(Nuair),低温高速离心机(Heraeus),倒置相 差显微镜(Nikon),图像分析系统(美国Media Cyber— 选取幼年SPF级SD大鼠6只,体 netics公司)。 1.2方法 1.1.1实验动物基金项目l湖北省教育厅重点项目(D20102107) 1.2.1 BMSCs的培养采用全骨髓法:给予大鼠腹 ・2304・ 西部医学2011年12月第23卷第l2期 Med J West China,December 2011,Vo1.23,No.12 腔注射肝素5000U,15min后断颈处死,75%乙醇浸泡 长,增殖迅速。原代培养24h后首次换液,可见单个 5min,无菌条件下取出两侧股骨,切除两端干骺端,显 露骨髓腔,2 FBS的DMEM反复冲洗骨髓腔至骨 头发自,收集冲洗液,1500 r/min离心5 min,弃上清 液,加入含有15 FBS的DMEM培养液,反复吹打均 匀。将细胞悬液按1×1O 细胞/mL接种于75cm 培 养瓶,于37℃、5 CO。细胞培养箱中培养24h后半量 核细胞贴壁,呈圆形,72 h细胞贴壁增多,可见短小梭 形或多角形。细胞呈梭形散在或集落生长。培养3~ 4 d,细胞增殖速度加快并开始互相融合;培养6~7d, 细胞可达90 融合,平行排列呈漩涡状或辐射状,细 胞形态以长梭形为主,可传代,见图1。传代BMSCs 潜伏期较短,约1~2d,对数生长约3~4 d。一般传代 换液,去除未贴壁的细胞。以后每2天半量换液一次,6 ~细胞4~5d可再次传代。 2.2 BMSCs的鉴定 BMSCS成脂诱导分化48h后 7d后细胞密度达8O ~90 ,用0.25 胰酶消化后 1:3传代,记为P1代MSC(P1一BMSCs),40min大部分细 胞贴壁后,全量换液,以后每48h全量换液。按上述方 可见少数细胞胞质内有折光性较强的脂粒出现,随着 培养时间延长,小脂粒逐渐聚集成较大的脂肪粒,脂 肪细胞数逐渐增多。油红O染色可见脂肪细胞胞质 中有大小不等的圆性橙红色脂肪滴,见图2。经成骨 诱导7d后培养细胞集中,呈铺路石状,随着诱导时间 的延长,局部细胞呈重叠生长,逐渐堆积,矿盐沉积, 法传代培养。本实验所用细胞均为P3一BMSCs。 1.2.2 BMSCs的鉴定 ①成骨诱导:P3一BMSCs培 养24h后,6孔板加入成骨诱导液(15 FBS-DMEM, 含地塞米松4×10一mg/ml、13-磷酸甘油lmg/ml、维 生素C 0.5mg/m1),对照组加入15 FBS—DMEM培 养液。每72h换液,诱导两周。茜素红染色鉴定矿化 结节。②成脂肪诱导:P3-BMSCs培养24小时后,12 孔板加入成脂肪诱导液(15 FBS-DMEM,含10ug/ ml胰岛素),对照组加人15 FBS-DMEM培养液,每 72h换液。诱导两周。油红O染色鉴定脂肪细胞。 ③流式细胞术鉴定BMSCs表面标记特征:P3一BM— 形成多个结节,并相互融合。茜素红染色结果显示细 胞问出现致密的、圆形不透光团块,呈现片状的淡红 色,着色区域范围广,面积大,见图3。流式细胞仪分 析表明,MSC低表达CD34(O.89%)、CD45(1.41%), 高表达CD90(96.5 )、CD29(92.3 ),见图4。 3讨论 BMSCs具有来源易得、取材简单、增殖能力强以 SCs培养至90 9,6融合时,0.25 胰酶消化后用2 FBS的PBS洗2~3次后再以2 FBS的PBS重悬细 及异体移植时排斥反应小等优点r1 ],由于经其分化 而来的组织细胞在进行自体移植时不存在组织配型 胞制成单细胞悬液。分别加人CD29、CD34、CD45和 CD90单克隆抗体,4"C避光孵育1h,再加入FITC标 记的二抗,4℃避光孵育1h。2 9/6FBS的PBS洗涤2~ 和免疫排斥的问题,因此被认为是组织工程、细胞替 代治疗中所需细胞的最佳选择。但骨髓中BMSCs的 含量极低,约占骨髓有核细胞的0.001 9/6~0.01%[3], 且其含量随年龄增长而逐渐减少[4]。因此,快速扩增 纯化和鉴定BMSCs方法的建立对于干细胞移植治疗 具有重要意义。 从骨髓分离获得BMSCs的方法主要有贴壁培养 法、密度梯度离心法、流式细胞术和免疫磁珠分离法。 3次,用2%FBS的PBS重悬MSCs,上流式细胞仪 (Beckman Coulter公司产品)检测表面标志,应用 Cotfit软件分析结果。 2 结果 2.1 BMSCs的培养扩增 由于造血干细胞不贴壁生 长,经过数次换液,悬浮的造血干细胞逐渐被清除,贴 壁BMSCs呈匀一梭形成纤维细胞样形态。呈集落生 采用贴壁培养法筛选出的BMSCs活性高,而且骨髓 中的造血干细胞能分泌生长因子和促贴壁物质,促进 图1 P3代MSCs培养第5夭(×100) Figure 1 MSCs of P3 at 5 day(×lOO) 图2 MSCs成脂转化(×loo) Figure 2 Lipoid—transformation of MSCs(×100) 图3 MSCs成骨转化(X100) Figure 3 Ossification of MSCs(X 100) 西部医学2011年12月第23卷第12期 Med J West China,Decembe! ! ! ! : l 0.45% 2 l 1.31% 2 l 92.3% 2 1000 ‘‘:: l1. ..’. . : ‘ ::_ ● ’‘。 -  l£ ... . }‘ F .. . . ~ ・: .’ :驾 : ; :麓一j : ’  :榔j ’ 。 4 } 3 4 - I l000 0  _●l 1.41% 2 l000 l 0.89% 2 ,● 0 凸 0 ≮鼙 : ’ It ● ^ ● _ f : E C | . 4 ’ . ,3 4 ,‘ ’ .・ : ●t ● 域 0 4 tCD3一PE—CY5 CD3.PE.CY5 CD3一PE—CY5 图4流式细胞术鉴定P3-BMSCs的表面标志结果:CD29、CD90强阳性表达,CD34、CD45阴性表达 Figure 4 Expression of surface marker of P3-BMSCs BMSCs贴壁生长[5]。遵循科学操作流程和适当处理 的基础上,采用全骨髓贴壁筛选法分离培养BMSCs 是一种快速可靠、简便稳定的技术方法,在实际应用 中优于密度梯度离心法。在本实验的体外培养条件 化标志的成骨细胞也能在地塞米松和吲哚美辛的诱 导下向脂肪细胞分化[6]。文献报道[7],地塞米松、维生 素C和甘油磷酸钠是BMSCs向成骨细胞分化和体外 成骨的必要条件。地塞米松可促进成骨细胞分化成 下,传代后细胞生长速度明显增快,原代培养需要6~ 熟,促进细胞外基质胶原合成。维生素C能促进培养 细胞合成胶原,形成钙化,非胶原基质蛋白的合成。 甘油磷酸钠能为成骨细胞提供磷酸离子,促进生理性 钙盐的沉积和钙化,是BMSCs发生矿化结节的必要 条件。因此本实验根据文献报道采用地塞米松、维生 素C和B一甘油磷酸钠联合诱导,观察到MSCs在体外 培养时能够向成骨细胞形态转化,形成矿化结节。 7d,而传代后细胞融合仅需4~5d即达到90 ,可再 次传代。 本实验结果显示,提高接种密度可以缩短原代培 养时间。其原因可能有:增加BMSCs数量;接种后 24h半量换液,可除去未贴壁的非BMSCs细胞,此时 培养液中的养分不会被过多消耗,在逐次更换培养液 过程中可被除去。又利用BMSCs的贴壁特性,经过 多次换液后即可去除造血细胞、红细胞等悬浮细胞, 从而获得均一性较好的BMSCs。实验中可以观察到 本实验中发现在成骨诱导培养基中培养14天后 大部分细胞有矿化结节出现,且其成骨分化能力较 强。而在含胰岛素的培养基中培养l4天后,大部分细 胞油红O染色阳性,说明成脂诱导培养基亦可定向诱 接种后的BMSCs贴壁非常迅速,具有很强的环境适 应能力及较高的接种成活率,说明BMSCs在体外培 养条件下具有很强的增殖能力,可迅速大量地获得细 胞。 导SD大鼠的BMSCs分化为脂肪细胞。 目前尚未找到特异性分子标记来鉴定和识别 BMSCs,一般认为,CD44、CD9O、CD29等是BMSCs 的重要表面标志物,不表达造血细胞的标志CD34、 CD45或CD14[8 ]。目前主要是通过免疫方法及其形 态和培养特性结合进行BMSCs鉴定。本研究选用 BMSCs是存在于骨髓中的间充质多能干细胞,在 不同的诱导条件下可分别向成骨细胞、脂肪细胞、软 骨细胞等方向分化,而且即使已表现骨钙素等成熟分 ・2306・ 西部医学2011年12月第23卷第12期 Med J West China,December 201I,Vo1.23,No.12 development,bone repair and skeletal regeneration theropy[J]. Cell Biochem,1994,56(3):283.  H,Caplan AI.Stem cell echnology and bioccramics:from [4] OhgushiCD34、CD45、CD90、CD29对BMScs进行鉴定,结合 细胞形态学观察证明分离培养的细胞为BMSCs。 4结论 本研究结果显示,在P3代培养细胞中,造血干细 胞标志性抗原CD45极低(1.41 A),而BMSCs标志 oCD90(96.5 9/6)高表达,提示反复贴壁筛选法代培养获 取的细胞非造血干细胞,是纯度高的BMSCs。本实验 cell to gene engineering[J].J Biomed Mater Res,】999,48(6): 913-927. [5] Vaquero J,Zurita M.Oya S,et a1.Cell therapy using bone mar— rows Mesenchymal stem cells in chronic paraplegic rats:systemic or local administration[J].Neurosci Lett,2006,398(1):129~134.  sgaard M K。C1 emme sen 0,eta1.Gustafs son F. [6] Schou M,Da 1Hildebrandt PR,Seeher NH.Kidneys ext ract BNP and NT—proB— 试图通过诱导分化后油红O染色和茜素红染色反向 证明所培养的细胞为BMSCs,结果显示,培养细胞经 NP in healthy young men[J].Appl Physiol,2005.99(5):1676— 1680. 诱导后可分化为成骨细胞和成脂细胞,进一步表明该 细胞群为具有多向分化潜能的干细胞,而不是骨髓内 的其他成熟细胞。但本实验结果仍不能说明其纯化 TL.Inhibition of growth and differentiation of osteoprogeni— [7] Chen tots in mouse bone marrow stromal cell euhures by increased do— 程度,因此有关干细胞表型标志物的探索和寻求仍是 干细胞组织工程的一个艰巨任务。 【参考文献】 ttenger MF,Martin BJ.Mesenehymal stem cells and their po— [13 Pinor age and glueocorticoid treatment[J].Bone,2004,35(1):83— 95. e DA,AIfonso Z,Zuk PA.et a1.Diferential expression of [8] De Ugartstem cellmobilization associated molecules on multi—lineage cells from adipose tissue and bone marrowEJ].Immunol Lett,2003,89 (23):267—270. tential as cardiac therapeutics[J]Cire Res,2004,95(1):9-20. ya I,Larson BL,Vuoristo JT,et a1.Adipogenie differentiation [z2 Sekiof human adult stem cells from bone marrow stroma(BM—MSCs) avin NW。Fernandez J。Schonmeyr BH,et a1.Fractionated do+ [9] Clses of ionizing radiation confer protection to mesenchyaml stem cell pluripotency.Plast Reconstr Surg[J].2008,122(3):739—748. (收稿日期:2011-06—07;编辑:母存培) [J].J Bone Miner Res,2004,19(2):256—264.  SP,Fink DJ,Caplan AL.Mesenchymal stem cells in bone [3] Bruder(上接第2302页) [6] MinKyun Na,JunPil Jang,Byung Sun Min,et a1.Fatty acid synthase inhibitory activity of acylphlorog1ucinols isolated from 整个分离过程对实验室条件的要求:室温不高于 25℃,环境干燥而避光,缓冲层析柱体须进行遮光,并 用紫外灯监视各成分带的分离行为。 4结论与建议 [7]Dryopteris crassirhizoma[J].Bioorg.Med.Chem.Let,2006, 16:4738-4742. Lounasmaa M,Karjalainen A,Widen CJ,et a1.Mass Spectral Studies on Some Naturally Occurring Phlor0glucino1 Deriva— tives.Part.The Mass Spectra of ome Mono-and SBicyclic Phloro~ 优化后的缓冲硅胶层析柱法具有分离效果好、速 度快、样品损失率小、稳定性和重复性好等优点,适用 于间苯三酚类化合物的分离和纯化,将有助于推进绵 马贯众问苯三酚类化学成分的系统研究。但本分离 glueinol Derivatives from Rhizomes of Different Dryopteris Spe— cies[J].Acta Chem.Scand,1972,26(1):89. [83 高增平.绵马贯众有效成分的研究[D].北京:北京中医药大学, 2003:69-84. 方法仍有许多尚待改进的地方,建议广大药物研究工 作者对其三个主要的因素进行正交实验,探索出更优 的分离方法。 【参考文献】 [1] 尚志均.神农本草经校点[M].芜湖:皖南医学院科研处,1981: 140. [93 Widen cj,Pyysalo H,Salovaara P.Separation of Naturally Oc— curring Acy1phloroglucinols by High—Performance Liquid Chro— matography[J].Journal of Chromatography,1980,188:213. [10]Widen CJ,Huhtikangas A.Phloroglucinol Derivatives in Dryopteris parallelogramma and D.patula[J].Phytochemistry, 1973,12:931. [11]肖国君.绵马贯众素的NMR研究[J].波谱学杂志.2004,21(2): 恂,丁绪亮,等.现代中药学大辞典(上册)[M].北 231-234. [2] 宋立人,洪京:人民卫生出版社,2001:1932—1935. [12]任强.中药抗急性淋巴细胞白血病活性成分的研究[D].北京: [3] 李时珍.本草纲目[M].北京:人民卫生出版社,1982:745. [4] 吴寿金.杨秀贤.绵马贯众化学成分的研究(If)绵马贯众中间苯 三酚衍生物的质谱一质谱分析口].中草药,1997,28(12):712. 北京协和医学院,2009:65. [13] 高增平,李世文,陆蕴如.等.中药绵马贯众的化学成分研究[J]. 中药学杂志,2003,38(4):260—262. (收稿日期;2011—09—19;编辑:母存培) [5] 吴寿金,杨秀贤,张丽,等.绵马贯众化学成分的研究(I)[J]. 中草药.1996,27(8):458—459. 

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