2. 河南省新乡市中心医院血液科;
3. 昆明医学院附一院肿瘤生物治疗中心
间充质干细胞(mesenchymalstemcells,MSCs)是来源于中胚层的多能干细胞,具有高度自我更新能力和多向分化潜能〔1, 2〕。目前研究最多的是骨髓MSCs,但其必须通过有创伤性的途径获得,而且随着时间的延长,干细胞数量明显减少〔3〕。因此,寻找更易获得、含量丰富且易于培养的MSCs来源,对MSCs的实验研究具有重要意义。本研究从人羊膜组织中分离纯化MSCs,为人羊膜间充质干细胞(AMSCs)的进一步研究及临床应用提供基础。
1 材料与方法 1.1 主要试剂与仪器胎牛血清(fetalbovineserum,FBS)、DMEM/F12液体培养基、IMDM培养基、胰蛋白酶干粉(美国Hyclone公司);乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA,山东瑞阳制药厂);DMEM/F12干粉(美国Gibco公司);新生牛血清(杭州四季青公司);牛血清白蛋白(BSA,美国Amresco公司);鼠抗人单克隆抗体(HLA-DR、CD29、CD31、CD34、CD44、CD45、CD105、CD11a、CD11b、Pan-CK)(美国BioLegend公司);羊抗鼠二抗(美国SouthernBiotech公司);流式细胞仪(美国BD公司);地塞米松、1-甲基-3-异丁基黄嘌呤、维生素C、β磷酸甘油(美国Sigma公司)。
1.2 羊膜间质细胞分离无菌条件下从健康足月顺产胎儿的胎盘胎儿面钝性分离羊膜约10cm×10cm,用D-hank's缓冲液充分冲洗,然后将羊膜剪碎,约1mm×1mm×1mm,按照1cm的间距接种于25cm2的一次性塑料无菌培养瓶中,并于培养瓶中加入适量的完全DF12培养液。
1.3 人羊膜间充质干细胞( AMSCs) 培养、纯化及扩增培养基采用1∶1的DMEM/F12加体积分数为10%的FBS,将已经接种好羊膜的无菌培养瓶置于37℃、饱和湿度、体积分数为5%的CO2培养箱中培养48~72h后,更换培养液,弃去未贴壁的细胞,根据羊膜周围细胞生长情况,决定换液时间,待细胞达到80%~90%融合时,用0.125%胰酶消化,然后按1∶3或1∶2的比例进行传代接种培养,并记为P1代。传代培养过程中每3d全量换液,直至贴壁细胞达到80%~90%融合时,再重复上述操作。
1.4 细胞活力测定取生长状况良好细胞绘制生长曲线,每次计数3 瓶细胞并取平均值。
1.5 AMSCs 检测将培养3~5代的细胞用0.125%的胰蛋白酶消化、离心后,用含5%BSA的磷酸盐缓冲液(PBS)洗1次,弃上清,将细胞悬浮于5%BSA的PBS中。分别加入下列鼠抗人单克隆抗体:CD29、CD44、CD105、CD31、CD34、CD45、CD11a、CD11b、HLA-DR和Pan-CK,再加羊抗鼠二抗,置4℃孵育30min。采用间接免疫荧光法。应用流式细胞仪进行测定,采用WinMDI29软件分析结果。
1.6 定向诱导AMSCs 向脂肪细胞分化取AMSCs按3×104/mL密度接种于25cm2一次性无菌培养瓶中,待细胞达到60%融合后,加入成脂细胞诱导分化液(10-6mol/L地塞米松+0.5mol/L1-甲基-3-异丁基黄嘌呤+0.1mol/L维生素C+10%FBS的IMDM)作为实验组;对照组不加诱导剂,并用油红O染色进行检测。
1.7 定向诱导AMSCs 向成骨细胞分化取AMSCs按2×104/mL密度接种于25cm2一次性无菌培养瓶中,待细胞达到50%融合后,加入成骨细胞诱导分化液(10-7mol/L地塞米松+10mol/Lβ磷酸甘油+0.05mol/L维生素C+10%FBS的IMDM培养基)作为实验组;对照组不加诱导剂,并用Vonkossa染色进行检测。
2 结果 2.1 AMSCs 的分离培养用含10%FBS的DMEM/F12培养基,在一次性无菌塑料培养瓶中培养细胞,约1周左右组织块周围开始有细胞爬出。此后,细胞数量逐渐增多,显微镜下观察,细胞多呈梭形和多角形,少数呈星形和圆形。通过全量换液,逐渐去除未贴壁的羊膜,10d后细胞形态逐渐均匀,出现2种细胞克隆:(1)成纤维细胞样克隆,细胞呈长梭形,培养至14~16d细胞达80%~90%融合,呈放射状或漩涡状分布;(2)上皮细胞样克隆,呈多角形的上皮细胞形态,几个、几十个细胞的克隆。随着培养的进行,成纤维样细胞优势生长,传代后细胞24h内完全贴壁,上皮细胞样细胞少见,5d左右达到80%~90%融合,长满瓶底,传至3代,细胞形态均匀,均呈长梭形。培养至6代时,可见细胞形态稳定,并保持良好的增殖能力。
2.2 生长曲线取AMSCs按照4.23×104/mL的浓度接种于12孔板中,每天于特定的时间内分别取3个孔中的细胞进行计数,取其平均值,绘制生长曲线。结果显示,AMSCs符合MSCs的生长特点,对数生长期倍增时间约为30h。
2.3 AMSCs 表型特征经流式细胞仪检测,AMSCs稳定高表达CD44、CD29、CD105,多次检测阳性率分别为(98.70±0.25)%,(97.69±0.18)%,(99.20±0.05)%,而CD31、CD34、CD45、HLA-DR、CD11a、CD11b、Pan-CK多次检测均为阴性。
2.4 AMSCs 体外向脂肪细胞诱导分化进行成脂细胞诱导时,细胞的接种密度分别为2×104,3×104,3.5×104cell/mL,同样用含10%胎牛血清的DF12培养基进行细胞培养,待细胞分别达到50%,60%,70%融合后,换用脂肪细胞诱导液。结果发现在细胞达到60%融合时,进行成脂细胞诱导效果最好。诱导分化3~5d后发现细胞形态逐渐向类圆形转变,体积变大,少量细胞的细胞质内出现圆形透亮小滴,继续诱导,1周后可以看见大部分细胞胞浆中出现大量脂滴,油红O染色大部分细胞质内可见大小不一的脂肪滴呈橘红色,浅蓝色胞核被挤于细胞一侧或中央;而对照组细胞胞浆中无脂肪滴出现,油红O染色阴性。
2.5 AMSCs 体外向成骨细胞诱导分化进行成骨细胞诱导时,细胞的接种密度分别为1×104,2×104,3×104cell/mL,并用含10%胎牛血清的DMEM/F12培养基进行细胞培养,待细胞分别达到40%,50%,60%融合后,换用成骨细胞诱导液培养。结果显示,在细胞达到50%融合时,进行成骨细胞诱导效果最好。2周后出现少量钙盐沉积。继续培养1周,细胞周围出现大量钙盐沉积,而对照组细胞无钙盐沉积。VonKossa染色显示有黑色的钙化基质沉淀,成骨细胞因包埋在钙化基质中而见不到清晰的细胞轮廓;而对照组无上述现象出现。
3 讨论AMSCs是从新鲜羊膜组织中分离培养出的MSCs,与骨髓MSCs具有相似的自我更新能力和多向分化潜能,取材方便,来源广泛,不受伦理学限制,是细胞移植和组织工程种子细胞的理想材料。本研究采用组织块培养法得到以间质细胞为主的细胞群体,然后通过全量换液,逐渐去除未贴壁细胞。传代过程中,根据细胞黏附能力的不同,通过调整胰蛋白酶的消化时间,保证AMSCs在短时间内与培养皿底分离,而其他细胞如成纤维细胞,仍然贴附于培养皿底,从而使羊膜MSCs逐步纯化,逐渐去除贴壁的其他细胞污染。通过流式细胞术证实AMSCs具有高度的同源性,并在体外能够向脂肪和成骨细胞诱导分化,从而证实了AMSCs与其他组织来源的MSCs具有相似的生物学特性〔4, 5, 6〕。目前对MSCs的研究尚处于探索阶段,还存在很多问题:(1)MSCs的真正起源,体外培养的MSCs均为各种细胞的混杂,如何能够获得纯的MSCs有待研究;(2)MSCs的增殖、分化的控制需要合适的条件,如何使既控制增殖,避免发生肿瘤,又能在适当的时候启动所需要的途径进行分化;(3)MSCs间相互作用,MSCs与造血干细胞间相互作用、MSCs与不同成熟阶段的细胞相互作用直接对其生长、分化产生的影响等。上述问题尚需进一步研究。
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2010, Vol. 26

, 李维佳1, 董坚3