多通道细胞拉伸加载系统的研制及拉伸对ST2细胞增殖的影响

摘要

目的:
　　 细胞在体内受到静态或动态的生理应力,从而导致细胞内生理生化的改变,这些改变是骨改建、正畸牙齿移动等的生物学基础。研究细胞在机体生理状态下对应力的各种反应是最为理想的,但在体细胞的力学环境复杂多样,细胞生理或病理现象的研究仍依赖于细胞的体外培养技术,因此,研制细胞体外加载实验系统是目前研究细胞力学生物学的主要途径。为研究体外培养细胞在拉伸刺激下的生物学行为的变化,拟开发研制一套对细胞施加周期性拉伸应变的多通道细胞拉伸加载系统。
　　 研究选取ST2细胞株来完成体外实验,ST2细胞株是从BC8小鼠骨髓中分离出来的一种间质细胞株,具有骨髓间充质干细胞(Mesenchymal Stem Cells,MSCs)的特点。MSCs是具有多向分化潜能的干细胞,来源于中胚层,存在于不同种属的动物及人体内,以骨髓组织中的含量最为丰富。在一定条件下对体外培养的ST2细胞进行不同力值和频率的拉伸刺激,获得促进ST2细胞增殖的最佳条件,构建间充质干细胞体外培养——拉伸刺激模型,为以后的进一步研究奠定良好的基础。
　　 方法:
　　 1.使用基于C语言程序的单片机嵌入式系统开发软件套件研制多通道细胞拉伸加载系统,通过控制与真空室相连的真空泵,使真空室内的负压产生周期性的变化,从而使密封于其上的细胞培养板弹性基底膜发生形变,对贴附生长的细胞施加牵张应力,实现对细胞施加周期性拉伸应变的作用。
　　 2.倒置相差显微镜下观察拉伸应力对ST2细胞的形态学影响:以ST2细胞为实验对象,常规DMEM法培养。将ST2细胞以2×105个/ml的密度接种于6孔BioFlex细胞加力板中,移入37℃、5％CO2、饱和湿度的培养箱中,达到细胞周期的同步化后,在无菌条件下将培养板与多通道细胞拉伸加载装置连接。对体外培养的ST2细胞进行加载,48 h后观察ST2细胞的形态学变化。
　　 3.检测并分析拉伸应力对ST2细胞增殖的影响:实验分为对照组和加力组,对照组不加载应力,加力组即对ST2细胞分别施加频率为0.125 Hz、0.25 Hz、0.5Hz,大小为5％、10％、15％形变率的周期性牵张应力。加力24 h后,用四唑盐比色(MTT)法检测ST2细胞的增殖情况。利用SPSS13.0统计软件对实验数据进行统计学分析。
　　 结果:
　　 1.该拉伸加载系统可以同时进行三通道不同形变率的对比实验;加载频率、形变率可以精确调节,操作简单方便,形变率的范围为1％-20％,应变频率在0-0.5Hz范围内可调。
　　 2.持续加力48 h后,倒置相差显微镜下观察,ST2细胞在培养板中生长状况良好,贴壁细胞稳定无剥脱现象,逐渐呈方向性生长。
　　 3.加力大小为5％,频率为0.125 Hz、0.25 Hz、0.5 Hz;大小为10％,频率为0.125Hz、0.25 Hz:大小为15％,频率为0.25 Hz、0.5 Hz的ST2细胞增殖率较对照组增高,其中5％、0.25 Hz加力组与对照组缺乏统计学差异,其余加力组与对照组都有显著性差异(p＜0.01)。与其它加力组相比,大小为15％、频率为0.25Hz的周期性张应力对ST2细胞的促增殖作用最强。大小为10％、频率为0.5 Hz和大小为15％、频率为0.125 Hz的周期性张应力对ST2细胞的增殖有抑制作用。
　　 结论:
　　 1.多通道细胞拉伸加载系统达到了开发设计要求,提供了对贴壁生长的细胞施加基底膜周期性牵张力的体外实验方法。
　　 2.不同力值和频率的牵张力对ST2细胞的促增殖作用影响不同,15％形变率、频率为0.25Hz的周期性张应力有最佳的促增殖效果。成功构建了间充质干细胞体外培养——拉伸刺激模型,完全能满足实验的需要,以ST2细胞作为研究对象的后续实验均可以选择此拉伸力值大小和频率作为理想的加载条件,为保证后续实验的同一性和可比性奠定了基础。