超顺磁氧化铁标记对大鼠脂肪干细胞向肝样细胞诱导分化的影响

摘要

研究背景：
　　 许多急性或慢性肝病的终末期,死亡率非常高,治疗十分棘手。目前,原位肝移植已成为临床上治疗终末期肝病的主要手段,但由于供体肝的缺乏等问题,使这一治疗措施举步维艰。因此,细胞移植治疗终末期肝病是当前研究的热点,采用肝细胞移植可望提高疗效,但存在肝细胞来源缺乏的问题。近年来,干细胞的无限增殖能力及多向分化潜能使其成为产生肝细胞治疗终末期肝病的一个肝外来源。许多实验研究证明大鼠和人不同组织来源的干细胞在体内、外能诱导分化为肝样细胞。可供选择的干细胞包括胚胎干细胞(embryonic stemcells,ESCs)、骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchyme stem cells,BMSCs)及脂肪干细胞(adipose tissue-derived stromal cells,ADSCs)等。由于ESCs来源有限而且受伦理道德及基因方面等问题困扰,不具有广泛开展临床应用的可行性。BMSCs是临床应用性较好的成体干细胞,然而,BMSCs来源有限、抽取骨髓有创,且患者难以接受,其广泛应用也受到限制。2001年Zuk等首次报道在成体脂肪中发现干细胞以来,ADSCs逐渐成为一个重要的干细胞来源。ADSCs具有和BMSCs相似的表型和多向分化潜能,可以向脂肪细胞、肝样细胞、成骨细胞及心肌细胞等分化。脂肪组织来源充足、取材容易,并且ADSCs分离培养简便、体外增殖能力强。ADSCs还具有免疫抑制特性,这使其没有免疫排斥风险,可以用于自体移植、同种异体移植和异种移植。因此,ADSCs更适合于临床应用,可以作为组织工程潜在最大的成体干细胞库,给肝细胞移植治疗终末期肝病的患者带来了希望。
　　 干细胞治疗疗效的评价需要反映出移植的干细胞在体内移植后的分化、分布、迁徙及归巢情况。大量研究表明,MRI是无创、在体示踪细胞的最佳手段。为了使移植的细胞在体内突出显示,必须在移植前进行细胞内磁性对比剂标记。目前最常用的磁性标记物是超顺磁氧化铁(superparamagnetic iron oxide,SPIO)。然而,未经表面修饰的SPIO颗粒很难标记干细胞。许多学者对干细胞的SPIO标记方法作了深入研究。转染剂(transfect agents,TAs)的出现是干细胞SPIO标记的一个重大突破,使得干细胞的SPIO标记工作简单、易行。TAs包括脂质体、多胺类物质、树枝状物质、硅化合物、硫酸鱼精蛋白等。目前,应用较多的是左旋多聚赖氨酸(poly-1-lysine,PLL)。SPIO标记细胞移植到体内后,由于SPIO中的氧化铁纳米粒子具有超顺磁性,通过干扰周围磁场,T2WI或T2*WI呈低信号,从而使移植细胞与周围组织区别开,可根据靶器官MRI信号的改变判断移植细胞的情况,但该标记技术对干细胞的生长和分化影响存在争议。所以,本实验利用ADSCs作为研究对象,通过对ADSCs诱导分化成肝样细胞,同时检测细胞活力和观察ADSCs分化后细胞糖原储存和ALB表达,以探讨SPIO标记技术对ADSCs的生长以及分化成肝样细胞的影响,为该技术在干细胞移植治疗示踪应用提供实验依据。
　　 研究目的：
　　 探讨(1)大鼠ADSCs的原代分离、培养和鉴定；(2)转染剂PLL介导SPIO标记大鼠ADSCs的可行性及对干细胞活力的影响；(3)使用PLL介导SPIO标记方法对大鼠.ADSCs向肝样细胞分化潜能的影响。
　　 材料与方法
　　 1.大鼠ADSCs的分离、培养和鉴定。无菌条件下采集SD大鼠腹股沟脂肪组织,进行原代ADSCs的分离、培养、鉴定和传代。倒置显微镜动态观察干细胞的生长过程。采用流式细胞技术检测干细胞表面标记物CD29、CD45、CD44、CD34及CD31的表达。
　　 2.采用转染剂PLL介导SPIO进行大鼠ADSCs的磁探针标记的可行性及其对标记干细胞活力的影响。使用第一部分研究中培养的第三代(P3)干细胞。采用SPIO试剂为铁羧葡氨,原始浓度为28mg/ml。无血清培养基加入SPIO(25μg/mL)和PLL(0.75μg/mL),室温下置于摇床混匀30min(30r/min),然后加入有贴壁干细胞且铺满瓶底约90％的培养瓶内,37℃、5％CO2孵箱内培养12h,PBS洗涤标记细胞3次,除去多余SPIO待用。普鲁士蓝染色定性检测细胞内SPIO标记情况。0.25％胰蛋白酶消化细胞,台盼兰实验检测细胞活力(取细胞悬液50μl/孔+0.2％台盼兰50μl染色检测细胞活力)。
　　 3.转染剂PLL介导SPIO标记大鼠ADSCs对其向肝样细胞分化潜能的影响。本试验使用第二部分的方法对大鼠ADSCs进行SPIO标记,采用台盼蓝试验检测SPIO标记细胞的活力,将标记后的细胞进行向肝样细胞诱导分化培养。诱导方法如下:P3大鼠ADSCs低糖DMEM+10％FBS+双抗液中培养,至细胞贴壁80％-90％时消化,以4×104/ml细胞浓度接种于六孔板；铺板的细胞分四组:标记诱导组、未标记诱导组、标记未诱导组及未标记未诱导组；首先,四组全部换培养液:低糖DMDM、20ng/mlEGF、10ng/mlβ-FGF培养48h；然后,诱导组换成诱导培养液Ⅰ:10％FBS、低糖DMDM、20ng/mlHGF、10ng/mlβ-FGF培养至第14d；再换成诱导培养液Ⅱ:10％FBS、低糖DMEM、20ng/mlHGF、1μmol/l地塞米松,培养至第21d；每3天换液一次。未诱导组则以完全培养基换液,每3d换液1次。在诱导过程中,分别在诱导前及诱导后7、14及21d采用糖原染色检测分化后肝样细胞内糖原储存,免疫细胞化学染色检测肝样细胞内白蛋白(albumin,ALB)生成,以及RT-PCR鉴定肝样细胞特定基因ALB的表达。诱导后21d采用糖原染色和普鲁士蓝染色双染对各组细胞进行糖原及细胞内铁的检测。
　　 结果
　　 1.大鼠ADSCs能在体外成功分离培养。经流式细胞(Flow cytometry,FCM)检测,细胞表达CD44占100％,CD29占99.9％,CD45仅占1.4％,CD34占7.8％,CD31占13.1％,表明分离的细胞表型均一。
　　 2.转染剂PLL介导SPIO能简单高效地对大鼠ADSCs进行磁探针标记。光学显微镜下普鲁士蓝染色结果示干细胞胞浆内见大量蓝色颗粒,细胞标记率接近100％。台盼兰染色结果显示,标记细胞的活力(92.98±0.588％)和未标记细胞的活力(93.50±0.469％)之间差异无统计学显著性意义(t=1.683,P=0.123)。
　　 3.标记诱导组与未标记诱导组大鼠ADSCs均能成功分化为肝样细胞,并具有肝细胞功能的特征。PAS染色发现标记诱导组与未标记诱导组干细胞在诱导后14d分别可见细胞胞浆内出现紫红色颗粒,为PAS染色阳性,诱导21d后,两组细胞PAS染色强阳性,即出现紫红色颗粒的细胞增多。诱导21d后,PAS染色+普鲁士蓝染色的双染可见标记诱导组细胞胞浆内见紫红色糖原颗粒,少数细胞内见蓝色铁颗粒。标记未诱导组少数细胞胞浆内可见蓝色铁颗粒。未标记诱导组细胞浆内见紫红色糖原颗粒。向肝样细胞诱导分化14d、21d,通过免疫细胞化学染色观察,两组细胞胞浆内存在棕色ALB颗粒。诱导分化后7d、14d、21d,RT-PCR显示标记诱导组与未标记诱导组分别在14d可见ALB基因的表达,且21d时ALB表达增强,并且分别在14d及21d,ALB mRNA表达差异无统计学显著性意义(P>0.05)。上述结果初步表明,SPIO标记对ADSCs分化为肝样细胞无明显影响。
　　 结论
　　 本研究表明体外分离培养大鼠ADSCs具有可行性、可重复性。ADSCs培养简易,增殖能力强,是一个重要的干细胞来源。采用转染剂PLL介导SPIO可以简单、高效地标记大鼠ADSCs,并且该标记对干细胞活力及其向肝样细胞分化潜能无影响。

目录

文摘

英文文摘

前言

第一章 大鼠脂肪组织来源干细胞分离、培养及鉴定

材料与方法

结果

讨论

小结

参考文献

第二章 多聚赖氨酸介导超顺磁氧化铁标记大鼠脂肪干细胞

材料和方法

结果

讨论

小结

参考文献

第三章 SPIO标记对大鼠脂肪干细胞向肝样细胞诱导分化的影响

材料和方法

结果

讨论

结论

参考文献

英文缩略语

攻读硕士学位期间成果

致谢

统计学证明