不同材料因素影響骨髓間充質幹細胞的增殖及成骨分化

2020-09-14 中國組織工程研究雜誌

摘要：

文題釋義：

表面微觀形貌：材料表面所具有的所有微觀幾何形狀及相關物理量統稱為表面微觀形貌，包括孔徑大小、孔徑率、表面凹凸程度、底物剛度、彈性模量、表面能等方面，同一種材料不同的表面微觀形貌將會對材料表面的物質產生不同的影響。

表面能/潤溼性：表面能是指恆溫、恆壓、恆組成情況下可逆地增加物系表面積須對物質所做的非體積功，潤溼性是指一種液體在一種固體表面鋪展的能力或傾向性。

背景：在利用組織工程技術治療骨缺損或骨損傷的過程中，生物材料對移植的骨髓間充質幹細存活率與增殖分化潛能有影響。

目的：對生物材料如何影響骨髓間充質幹細胞的增殖及成骨分化的研究進展進行綜述，指導材料合理應用。

方法：應用計算機檢索中國知網、PubMed、Web of science及萬方資料庫，檢索詞為「骨髓間充質幹細胞、成骨分化、生物材料、微觀形貌、Bone marrow mesenchymal stem cells、Osteogenic differentiation、Biological materials、The microstructure」，根據標準納入不同生物材料因素影響骨髓間充質幹細胞增殖及成骨分化的文獻。

結果與結論：①金屬材料具有良好的生物相容性、骨傳導性、機械性能，非金屬材料具有良好的生物相容性、骨傳導性、再吸收性及三維塑形性；②材料的表面微觀形貌因素眾多，即使是同一種材料，表面能/潤溼性越高越利於骨髓間充質幹細胞的增殖與成骨分化，表面粗糙程度相對越高越利於細胞的增殖、黏附及分化，孔徑直徑越大、孔徑率越小越利於細胞的成骨分化，底物剛度相對高及彈性模量相對大有利於骨髓間充質幹細胞的成骨分化，以上材料的各種因素等都能夠影響骨髓間充質幹細胞的增殖及成骨作用，這些新的研究進展進一步提高了骨髓間充質幹細胞種植於各類生物材料用於臨床治療的應用。

ORCID: 0000-0001-8325-9867(王暘昊)


中國組織工程研究雜誌出版內容重點：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 納米材料; 緩釋材料; 材料相容性；組織工程


關鍵詞: 表面微觀形貌, 非金屬材料, 金屬材料, 骨髓間充質幹細胞, 成骨分化, 增殖分化, 組織工程, 骨組織材料

文章來源：王暘昊, 王偉舟, 段 浩, 鍾宗雨, 李曉壯, 唐志宏, 何 飛. 不同材料因素影響骨髓間充質幹細胞的增殖及成骨分化[J]. 中國組織工程研究, 2020, 24(28): 4429-4436.

閱讀更多請登錄《中國組織工程研究》雜誌官網

相關焦點

  • 巨噬細胞對間充質幹細胞成骨分化影響的研究進展
    巨噬細胞是炎症免疫的關鍵調節者，其對MSC成骨分化的影響目前還存在較大爭議，尤其是在巨噬細胞與MSC共培養條件下和巨噬細胞相關的單個炎症因子刺激MSC的非共培養條件下。筆者圍繞共培養和非共培養條件下巨噬細胞對間充質幹細胞成骨分化的影響綜述如下。
  • 間充質幹細胞的三系分化及鑑定
    具體過程如下：1）多種刺激因子和激素的刺激及其他特定的理化因素作用下，間充質幹細胞定向分化為骨原細胞；2）其後，骨原細胞進一步分化為成骨細胞前體細胞，進入快速增殖期;3）細胞增殖能力逐漸下降，細胞外基質（Extracellular Matrix，ECM）成熟相關基因（鹼性磷酸酶、I型膠原、基質鈣蛋白）被進一步激活，成骨細胞在此階段合成和分泌有機基質，形成類骨質
  • 骨形態發生蛋白誘導骨髓間充質幹細胞成骨分化的研究進展
    多種途徑可誘導骨髓間充質幹細胞骨(BMSCs)向成骨細胞分化，最主要的細胞因子是骨形態發生蛋白（BMP）。其通過何種途徑激活幹細胞向成骨細胞分化及其採用何種途徑能使BMP誘導BMSCs骨化為臨床治療骨缺損提供更好的服務。本文應用計算機檢索近10年來國內外應用BMP誘導BMSs的相關文獻，並對其研究現狀進行總結性歸納。
  • hsa-miRNA-223-3p調控人骨髓間充質幹細胞成骨分化的作用
    目的：探討hsa-miR-223-3p對骨髓間充質幹細胞成骨分化的調節作用。方法：Percoll密度梯度離心法分離、培養骨髓間充質幹細胞，誘導其成骨分化，然後過表達hsa-miR-223-3p，RT-qPCR和Western blot方法檢測Wnt信號通路標誌物Wnt5a及其下遊信號分子OPG、RUNX2的mRNA和蛋白水平變化。
  • JCMM:骨髓間充質幹細胞成骨與成脂分化平衡調控機制研究
    近期，《細胞與分子醫學雜誌》（Journal of Cellular and Molecular Medicine）在線發表了中科院健康所戴尅戎院士組關於骨髓間充質幹細胞成骨與成脂分化平衡調控機制方面的研究進展。
  • MicroRNA調控間充質幹細胞成骨分化的研究進展
    ，臍帶間充質幹細胞治療老年衰弱症臨床試驗執行負責人。間充質幹細胞(Mesenchymal Stem Cell, MSCs)是一類非胚胎來源的成體多能幹細胞，存在於骨髓、肌肉、脂肪、臍帶、皮膚等多種組織中。除具備高度自我更新能力外，在一定誘導條件下，MSCs可實現向成骨細胞、脂肪細胞、成軟骨細胞及肌肉細胞等多向分化。
  • 不同間充質幹細胞來源的外泌體與骨關節炎
    1.1骨髓間充質幹細胞骨髓間充質幹細胞（bone marrow mesenchymal stem cell，BMSC）是人類最早發現的幹細胞，在實驗 研究及臨床應用中十分廣泛。1.2 胚胎間充質幹細胞 胚胎幹細胞（embryonic stem cell，ESC）是早期 胚胎或原始性腺中分離獲得的全能幹細胞，可誘導 分化成幾乎所有種類和功能的細胞，具有無限增殖、自我更新的特性。
  • p53通過調控OPG影響間充質幹細胞成骨分化以及腫瘤相關骨骼的重塑
    該研究首次揭示了p53通過調控osteoprotegerin（OPG）影響間充質幹細胞成骨分化以及骨密度的新機制，提出了間充質幹細胞參與腫瘤相關骨骼重塑的嶄新調控方式。間充質幹細胞（mesenchymal stem cells, MSCs）是存在於多種組織內的成體幹細胞。
  • 低氧培養犬脂肪間充質幹細胞的生物學特性
    脂肪幹細胞在體外可分化為成脂細胞、成骨細胞、軟骨細胞等，還可以通過旁分泌作用降低目標組織的炎性反應，加速損傷的復原。低氧培養：目前大部分研究對細胞培養的氧體積分數為21%，而正常機體的平均氧體積分數僅5%，適當的低氧氣培養會使幹細胞生理功能出現相應的改變。
  • 脫鈣骨基質與慢病毒介導沉默P75神經營養因子受體轉染骨髓間充質幹細胞構建組織工程骨
    骨髓間充質幹細胞：是一種成體幹細胞，有取材方便、易於培養、免疫原性低及體外誘導培養穩定等優點，能夠定向分化為成骨細胞、成軟骨細胞、成脂肪細胞和神經細胞等。目的：研究沉默P75NTR對骨髓間充質幹細胞生長活性和鹼性磷酸酶活性的影響，以及種植於脫鈣骨基質構建組織工程骨複合體的體內異位成骨能力。
  • 不同部位心肌組織裂解液誘導骨髓間充質幹細胞定向分化為心肌樣細胞
    背景：骨髓間充質幹細胞可定向誘導分化形成心肌組織樣結構，但利用不同部位的心肌組織製備心肌組織裂解液構建有差異的微環境，探討骨髓間充質幹細胞定向誘導效率以及相關基因表達的研究甚少。目的：探究不同部位心肌組織裂解液對骨髓間充質幹細胞定向分化為心肌樣細胞的影響，評價誘導過程中相關基因的表達與心肌組織工程構建的關聯。方法：選擇第3代SD大鼠乳鼠骨髓間充質幹細胞，採用全心組織裂解液、心房肌組織裂解液、心室肌組織裂解液構建不同的微環境誘導骨髓間充質幹細胞定向分化為心肌樣細胞。
  • 從存儲、增殖、新藥研發到治療,這份報告釐清了間充質幹細胞行業的...
    另外，胎兒臍帶或者成人骨髓中的有些細胞也屬於專能幹細胞，分化能力有限，但是具有自我更新能力，與高度分化的非幹細胞不同。只有同時符合以下三個標準的細胞，才能稱之為間充質幹細胞：貼壁生長；細胞表面表達一些特異性抗原（標記物）；具有向脂肪細胞、成骨細胞、軟骨細胞分化的能力。
  • 5個特性決定間充質幹細胞具有治療疾病的能力!
    備受廣大患者所期待的幹細胞移植療法，目前臨床上用的最為廣泛的就是間充質幹細胞，並且已經證明間充質幹細胞在眾多疑難雜症的治療上都有很好的療效。 最根本的原因還是在於間充質幹細胞可以分化成為人體多個器官和組織的細胞，從而修復損傷，達到治療疾病的目的。
  • 高純度大鼠下頜骨來源間充質幹細胞的分離、培養及生物學特性
    間充質幹細胞不僅存在於骨髓中，也存在於骨骼肌、骨外膜和骨小梁中，因此採用膠原酶消化骨片(密質骨+松質骨)可分離間充質幹細胞。下頜骨：位於面下部，呈弓形，其水平部分為下頜體，垂直部分為下頜支，不規則，圍成口腔的前壁和側壁，是面部唯一能活動的骨骼。
  • 間充質幹細胞 最具臨床應用潛能的幹細胞
    間充質幹細胞就是備受關注的一個成體幹細胞群體。 1976年，Freidenstein首次發現在骨髓裡存在一群不純一的細胞群體，這種細胞在體外培養時貼壁生長，形態和成纖維細胞相似，呈克隆性增殖，並提出「骨髓間充質幹細胞」的概念。經過近幾年深入和廣泛的研究，人類對間充質幹細胞的生物學特性、來源、誘導分化、前期臨床應用等取得了長足的進展。
  • 利用骨髓間充質幹細胞合成一種活體生物材料,應用半月板
    本研究用豬半月板脫細胞化得到一種組織特異性細胞外基質（ECM），並將其製備成可注射的水凝膠用於負載骨髓間充質幹細胞（BMSCs）形成一種活體生物材料。研究發現該ECM可以促進骨髓間充質幹細胞成軟骨分化；將該ECM負載骨髓間充質幹細胞注射到半月板損傷處，可以修復半月板損傷和抑制關節退變。
  • 間充質幹細胞的「異質性」是指什麼?
    充質幹細胞（MSCs）的異質性，是指貼壁培養的骨髓MSCs是一個混合的細胞群體，存在不同的細胞亞群（比如克隆大小不一樣，見下圖）；有些亞群的細胞具有多潛能特性，有些亞群的細胞具有單潛能特性。不同部位和不同個體來源的MSCs都存在功能和形態上一些差異。
  • 無支架-基於間充質幹細胞軟骨修復技術的研究現狀
    MSC可分化為軟骨細胞、成骨細胞和脂肪細胞，並且可以從各種組織分離，如骨髓、滑膜、脂肪組織和骨骼肌。來源於骨髓的間充質幹細胞作為幹細胞療法的細胞來源被廣泛研究並應用於臨床，然而，骨髓的抽吸是具有侵入性的程序，往往需要麻醉，並經常會有併發症產生。2001年，DeBari等人發現來源於人滑膜的滑膜間充質幹細胞。
  • 間充質幹細胞:我是怎麼來的?
    眾所周知，間充質幹細胞（mesenchymal stem cell，MSC）是中胚層來源的、廣泛分布於全身多組織中的幹細胞。，並認為成纖維細胞可能來源於骨髓。20世紀70年代，Friedenstein等成功通過貼壁分離培養的方法，從骨髓中分離出一種纖維原細胞，並證明其可在體外大量擴增，並具有定向分化的特徵。隨後，Prockop和Pittenger分別證明了這種纖維樣黏附細胞含有間充質幹細胞，具有分泌多種間質組織的能力。1991年，Caplan教授首次提出MSCs的概念，他也被業界稱為「間充質幹細胞之父」。
  • 間充質幹細胞:「我」怎麼來的?
    眾所周知，間充質幹細胞（mesenchymal stem cell，MSC）是中胚層來源的、廣泛分布於全身多組織中的幹細胞。 20世紀70年代，Friedenstein等成功通過貼壁分離培養的方法，從骨髓中分離出一種纖維原細胞，並證明其可在體外大量擴增，並具有定向分化的特徵。隨後，Prockop和Pittenger分別證明了這種纖維樣黏附細胞含有間充質幹細胞，具有分泌多種間質組織的能力。