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骨髓间充质干细胞在糖尿病模型创面中向表皮细胞分化的初步研究

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中国美容医学2010年1月第19卷第1期Chinese Journal ofAesthetic Medicine.Jan.2010.Vo1.19.No.1 65 ・论著・ 骨髓间充质干细胞在糖尿病模型创面中向表皮细胞分化的初步研究 钟晓红,王明刚,赵李平,高新宇 (安徽医科大学附属省立医院整形外科安徽合肥2 30001) [摘要]目的:探讨糖尿病皮肤创面微环境中的骨髓间充质干细胞分化为表皮细胞的可能性。方法:从大鼠骨髓中分离纯化骨髓 间充质干细胞。选取第3—4代细胞,应用5一溴脱氧尿嘧啶(5-BrdU)标记技术进行细胞标记;同时采用一次性腹腔内注射链脲 佐菌素制作糖尿病大鼠模型。2周后,在大鼠背部人工造成圆形创面,将已标记的骨髓间充质干细胞以注射方式回植入糖尿病 大鼠创面组织周围,分别于注射后2、3周取材,常规石蜡包埋、连续切片,行BrdU和角蛋白免疫组织化学染色。结果:BrdU阳性 细胞出现在表皮、真皮及皮下组织各层,连续切片表皮层中部分阳性细胞同时也表达角蛋白。结论:在糖尿病渍疡愈合过程中, 骨髓问充质干细胞具有向表皮细胞分化的潜能。 [关键词]骨髓间充质干细胞;糖尿病;创面愈合;表皮细胞;细胞分化 [中图分类号]Q81 3.11 Q254 [文献标识码]A[文章编号]1 008—64 55(201 0)01—0065-03 Preliminary study on diferentiation of bone marrow mesenchymal stem cells into epidermal cells In diabetic wound ZHONG Xiao—hong,WANG Ming-gang,ZHAO Li—ping,GAO Xin-yu (Department of Plastic Surgery,the Affiliated Provincial Hospital of Anhui Medical University,Hefei 230001,Anhui,China) Abstract:Objective To explore the feasibility of diferentiation of bone marrow mesenchymal stem cells(MSCs)into epidermal cells under the microenvironment of diabetic wound. Methods MSCs were isolated frOm the myeloid tissue of the rats.purified and cultured.Third—or fourth—generation MSCs were selected and fabelled with 5一 bromodeoxyuridine(5-BrdU).The rats were injected infrape小oneally with streptozocin(STZ)once to establish diabetes rat mode1.After 2 weeks.a round skin was excised on all dorsaI back of rats BrdU—labelled MSCs were.by means of injection.engrafted to skin of the rats.The specimens were harvested from the wound tissues for paraftin embedding and serial section at the 2nd and 3rd week after transplantation and were lmmunohistochemically stained by either BrdU or keratin.Results BrdU positive cells aggregated in the epidermis,dermis and hypodermia.In serial section,some positive cells expressed keratin simultaneously in the epidermis Conc J usion During the course of the diabetic wound healing.MSCs have the potentiaI for differentiating into epidermal cells. Key words:marrow mesenchymal stem cells;diabetes mellitus;wound repair;epidermal ceils;celI differentiation 创面愈合是一个由细胞、细胞外基质及细胞因子等多因 为134 ̄161g。购自安徽医科大学附属省立医院实验动物中心。 素共同参与并高度协调、相互的复杂的生物学过程,其 1.2主要试剂和仪器:胎牛血清(FCS)(Hyclone公司): 中任何一个环节协调不良或功能障碍均可导致创面长期难 L-DMEM培养基(Hyclone公司);胰蛋白酶(Sigma公司);5一 以愈合;而慢性难愈合创面发生机制更加复杂,至今尚未完 溴脱氧尿嘧啶(5一BrdU)(Sigma公司);兔抗Brdu单克隆抗体 全阐明。在临床实践中,糖尿病溃疡的治疗是慢性创面愈合 及sP系列免疫组化染色试剂盒(北京博奥森生物技术有限 中最为棘手的问题。近年来,随着组织工程学研究的不断深 公司);小鼠抗广谱细胞角蛋白单克隆抗体及即用型SABC免 入,干细胞受到前所未有的重视,特别是来源于骨髓的问充 疫组化染色试剂盒(武汉博士德生物工程有限公司);二氨基 质干细胞;由于其具有向各种组织细胞分化的巨大潜能 ],且 联苯胺(DAB)显色剂(北京中杉生物技术有限公司);BB16型 免疫原性小,所以骨髓问充质干细胞的应用为糖尿病溃疡的 c0 恒温、恒湿培养箱及HF—safe一1200型超净工作台(德国 愈合提供可能。本实验以大鼠为研究对象,将骨髓问充质干 Heraeus and LISHEN公司);CKX41型倒置相差显微镜(日本 细胞植入糖尿病大鼠创面组织周围,观察其向皮肤表皮细胞 Olympus公司);血糖仪和血糖试纸(欧姆龙公司)。 分化的潜能。 1.3骨髓问充质干细胞的分离培养、纯化和扩增:将大鼠腹 腔麻醉后引颈处死,75%酒精浸泡i0min;无菌条件下取出股 1材料和方法 骨和胫骨,并用纱布将骨表面肌肉磨净,离体的骨放入培养 1.1实验动物:健康sD雄性大鼠8只,年龄4~6周,体质量 皿中,用高压灭菌过的磷酸盐缓冲液(PBS)冲洗,再移入另一 基金项目:安徽省第一批重点科研项目(0702 102 1);安徽高校省级自然科学研究计划项目(KJ2008B297);安徽省卫生厅科研基金项目(09A028) 通讯作者:王明刚,教授,主任医师,硕士生导师,安徽医科大学附属省立医院整形外科;E-mail:mgwangl105@sina.COil1 中国美容医学2010年1月第19卷第1期Chinese Journal of Aesthetic Medicine,Jan.2010.Vo1.19.No.1 67 细胞因子有关[13 17];Badiavas等 已成功证明在急性皮肤创 [4]Pittenger M,Vanguri P,Simonetti D,et a1.Adult mesenchymal stem cells:potential for muscle and tendon regeneration and use in gene 面微环境下骨髓问充质于细胞具有分化为表皮细胞的潜能; 这也为其在慢性创面中向表皮细胞分化提供一种设想依据。 细胞角蛋白是表皮或上皮组织较特异表达的一类蛋白, 通常情况下,骨髓问充质干细胞角蛋白呈阴性表达。本实验 应用5-BrdU标记的异体骨髓间充质干细胞输注入糖尿病大 鼠创面组织周围,免疫组织化学染色检测表皮层中已标记的 细胞是否表达角蛋白,从而推测骨髓问充质干细胞在糖尿病 therapy[J].J Musculoskelet Neuronal ntIemct,2002,2(4):309-320. [5]Orlic D,Kajstura J,Chimenti S,et a1.Bone marrow cells regenerate infarcted myocardium[J].Nature,2001,410(6829):701—705. [6]Yoon YS,Lee N,Scadova H.Myocardial regeneration with bone—marrow—derived stem cells[J].Biol Cell,2005,97(4):253—263. 【7]Ferrari G,Cusella-De Angelis G,Coletta M,et a1.Muscle regeneration by bone ma ̄ow—derived myogenic progenitors[J]_ 创面中是否具有向表皮细胞分化的潜能。糖尿病大鼠模型的 制作是采用一次性向大鼠腹腔内注射链脲佐菌素,注射48h 后,连续三次检测大鼠血糖值均明显高于正常值,符合糖尿 病模型的诊断标准。免疫组织化学染色结果显示新生表皮层 中含有较多的BrdU染色阳性细胞,而且部分阳性细胞同时 表达角蛋白:最终的实验结果提示:在糖尿病溃疡愈合过程 中,骨髓间充质干细胞具有向表皮细胞分化的潜能。 目前,骨髓问充质干细胞分化为多种类型细胞的分子机 制和分化能力尚未完全阐明,这可能是其应用研究的主 要因素。国外研究结果证实了干细胞是存在于高度受的 被称为“壁龛”的微环境中[19-2o];但壁龛的组织成分相当复杂, 各种不同的组织细胞所处的微环境不同,其中最主要的就是 各种因子的不同;而且多数学者也一致认为,骨髓问充质干 细胞分化为何种细胞也与其所处的微环境密切相关,这是骨 髓间充质干细胞向其他组织细胞分化的主要原因之一。因 此,处于受损皮肤的微环境下,骨髓间充质干细胞可能具有 向皮肤组织细胞转化的潜能。本实验采用人工制作糖尿病溃 疡微环境来诱导骨髓间充质干细胞在慢性创面中向表皮细 胞转化,实验结果证实了该细胞具有分化为表皮细胞的能 力,促进了糖尿病创面的愈合;但是,慢性创面微环境中的骨 髓问充质干细胞转化为皮肤组织细胞的分化机制与分化能 力是否和在急性刨面微环境中有所不同,以及转化的表皮细 胞是否具有正常的生理功能等这些问题尚没有相关文献报 道;新生的真皮层中分布较多的皮肤附属器,是由骨髓问充 质干细胞分化而来还是愈合中自身形成的,还需要进一步研 究证实。 总之,在糖尿病溃疡愈合过程中,骨髓问充质干细胞分 化为表皮细胞已得到初步证实,可以作为治疗该病的一种种子 细胞,为今后临床上治疗糖尿病创面提供一种有效的手段。 [参考文献] [1]Jiang Y,Jahagirda B N,Reinhardt RL,et a1.Pluripotency of mesenchymal stem cells derived rfom adult marrow[J】.Namre,2002, 418(6893):41—49. 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