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周苗教授团队研究成果喜登《Cell Proliferation》封面

2019-12-04

周苗教授团队研究成果喜登《Cell Proliferation》封面

    广州医科大学附属口腔医院科研科主任周苗教授团队长期致力于构建血管化组织工程骨的相关研究,在3D设计打印带血管树个性化生物支架、构建干细胞微组织、细胞因子/外泌体促成骨成血管、大/小动物骨缺损修复研究等方面取得了重要进展,相关研究结果曾在《Biomaterials》(IF10.273)上发表。

    近期,在周苗教授的指导下,课题组成员荣琼博士后、李树祎博士生、周杨、刘尚彬和吴婉秋硕士生等对人脐带间充质干细胞(hUCMSCs)成骨和内皮向分化情况进行了深入研究,首次通过对hUCMSCs成骨和内皮向预诱导分化后共培养加速了hUCMSCs的成骨能力,发现3:1为最佳的共培养条件,并对其机制进行了探讨。该研究成果《A novel method to improve the osteogenesis capacity of hUCMSCs with dual-directional pre-induction under screened co-culture conditions》于20191111日被《Cell Proliferation》(IF5.039)接受,并被选为封面文章(见图1)待发表。相关研究结果已申请专利。

cellproliferation封面

1 封面图

 

    以干细胞为基础构建的组织工程骨在骨缺损修复中具有广泛的临床应用前景。骨缺损越大,则用于修复的组织工程骨体积越大,需要的种子细胞数量便越多。但由于缺乏氧气和营养的供应,越靠近支架中心的细胞越难存活,基于这个问题提出的成骨性细胞(干细胞、成骨细胞等)和血管生成细胞(内皮祖细胞、内皮细胞等)共培养方式,经研究证实在促成骨和血管生成方面具有协同效应,有利于成骨性细胞在支架内的存活和转归,保证组织工程骨的顺利骨化。然而,体外培养内皮祖细胞和内皮细胞收获细胞数量少、培养困难、增殖能力有限。同时,在这两种细胞共培养的临床应用中,也会因为细胞来源不同,增加免疫排斥风险和疾病传染风险。采用来源丰富的一种干细胞分别向成骨细胞和内皮细胞诱导分化,再进行共培养便可降低这一系列的风险,关于这方面的研究非常匮乏。

    hUCMSCs来源广泛、获取无创、具有优异的增殖活性、性能最接近胚胎干细胞,不仅无致瘤风险,而且拥有良好的免疫调节功能,近年来受到了研究人员的青睐,在临床治疗难治性疾病中取得了显著的疗效。虽然hUCMSCs满足种子细胞的要求,但是hUCMSCs的成骨能力较人骨髓间充质干细胞(hBMSCs)弱,这将影响其临床应用。

    基于以上背景,该研究分别对hUCMSCs进行成骨预诱导分化和内皮向预诱导分化3d,再进行共培养,以期增强其成骨分化效果。将成骨预诱导和内皮向预诱导的hUCMSCs分别按4:03:12:21:3混合,通过茜素红染色筛选四种培养方案,即基础培养基(PM)、成骨诱导培养基(OM)、等比混合培养基(EMM)、比例混合培养基(PMM)。发现经预诱导后,即便在PM中共培养能形成与阳性对照组4:0-OM一样多的钙结节,而3:1组在PMM中钙化结节形成最多,遂选择此方案进行共培养。对于钙化结节形成最多的3:1组,其增殖速率较慢,可能较早进入细胞分化阶段,成骨早期标志物ALPRUNX2的表达,促血管生成基因ANG的表达,以及周细胞相关表面标志物CD146基因和蛋白的表达均明显升高,提示3:1共培养后可有效促进某些成骨和血管生成相关的生理过程,最终加速成骨分化。具体实验设计见图2

cellproliferation实验设计-1

2 实验设计图

    最后采用生物相容性良好的3D打印β-TCP支架作为载体,双向预诱导分化的hUCMSCs作为种子细胞构建大鼠颅骨缺损体内修复模型,进一步证实了3:1共培养组较4:0组新骨形成显著增加(见图3

    该研究成功制备得到具有较强成骨能力的双分化人脐带间充质干细胞,该细胞与β-三磷酸钙支架的相容性较好,为人脐带间充质干细胞在组织工程骨中的应用提供新的办法,方便临床转化运用

荣琼博士后和李树祎博士生为本文的共同第一作者,周苗教授为本文的第一通讯作者,张智勇教授为本文的共同通讯作者。

    论文链接:https://doi.org/10.1111/cpr.12740

cellproliferation图3

3 大鼠颅骨缺损修复效果

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