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      低氧預處理+聚集成團可明顯提高MSC移植后的骨骼修復潛力

      間充質干細胞(MSCs)在組織工程學和再生醫學上具有廣闊的應用前景,其移植體內分泌的各種生長因子有效促進了組織形成,并且具有多向分化的潛能。但是受制于細胞存活率差和移植的限制,往往加載到材料支架中的單個外源性MSCs在低氧或炎癥的環境中生存率差,幾天內細胞迅速死亡,限制了MSC的治療潛力。

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       放大1000萬倍的人體景象,身體是細胞的王國

      近日,Steve S. Ho等人2018年7月發表在《Stem Cells》雜志上的文章表明,通過對MSCs進行短時間的低氧預處理可延長細胞在體內的存活時間,而將MSCs聚集成團可增加體內細胞存活率、營養因子分泌和組織形成,增強其促進血管生成能力以及促進骨骼修復潛能。

      研究人員先將人類骨髓來源MSCs常規培養5-6代后置于含氧量為1%的單層培養基中孵育1天(PC1)和3天(PC3),以環境空氣孵育(PC0)為對照,再將MSCs聚集成團來增加細胞密度,密度分別設置3000、10000和15000進行比較,然后用海藻酸鹽水凝膠包埋。實驗結果證明,在密度較高的MSCs球狀體中,其堿性磷酸酶(ALP)含量和鈣沉積分泌量越高,其成骨潛力更大。相比環境空氣孵育的對照組,低氧預處理的MSCs細胞團對凋亡的耐受性更強,而且這一反應與低氧暴露的持續時間相關。此外,PC3細胞團分泌的血管內皮生長因子(VEGF)最多,并且其缺氧誘導因子(HIF-1α)在MSCs中持續表達。

      在體內實驗中研究人員將PC3細胞團移植入股骨節段性缺損的大鼠體內,來評估其在骨骼愈合方面的潛能。與包埋進行3天缺氧預處理的個體MSCs或包埋非細胞的凝膠相比,進行包埋缺氧預處理并聚集成MSCs球狀體的凝膠可顯著促進骨骼愈合,其形成的骨體積和骨密度更大。

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      之前研究嘗試用海藻酸鹽水凝膠中包埋的MSCs球狀體來治療股骨缺損,但未成功形成骨,需要BMP-2的協同表現來誘導骨愈合。這是第一次證明了在沒有使用BMP-2或其他外源性生長因子的情況下,僅由MSC球狀體介導的移植治療在股骨缺損中存在顯著的骨形成作用。提示未來使用低劑量的BMP-2與骨髓間充質干細胞形成的球狀物進行結合使用,以達到完全愈合,可能會減少單純使用BMP-2所引起的炎癥相關的并發癥,異位骨形成,以及治療巨大骨缺損的高昂成本。

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      綜上所述,在骨髓MSCs形成球狀之前進行低氧預處理,在海藻酸鹽水凝膠中包埋是提高骨髓MSCs成骨修復潛力的有效策略。短期低氧預處理提高MSCs生存能力,并通過穩定的HIF-1a信號通路促進血管生成。此外,這些通路是通過球狀體形成后的細胞與細胞間信號傳導維持的。低氧預處理的骨髓MSCs,以球狀體細胞移植,可以考慮將其作為細胞治療的基礎,以促進細胞存活、血管生成和骨形成。證明低氧預處理提供了一種簡單的方法,可用于提高MSC細胞團用于骨骼愈合時的治療潛能。

      隨著前沿科學技術的日新月異,運用細胞治療各種疾病的方式正大放異彩。而康景生物的研發團隊,也在不斷進行各項研發,其中在進行臍帶間充質干細胞與材料相結合的研究項目中也取得階段性成果,相信在不久的將來,這些研發成果都將運用于臨床,造福廣大患者!

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       我們的科研人員在努力研究,細胞也在努力工作,一起加油!


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