骨组织工程中骨髓基质细胞的研究进展.

作者单位:第四军医大学口腔医学院颌面外科,西安(710032 作者简介:刘彦普(1956-,河北人,副主任医师.

骨组织工程中骨髓基质细胞的研究进展

RESEARCH PR OGRESS ON BONE MARR OW MATRIC CE LL IN BONE TISSUE PR OJECT

刘彦普,钱奇春,杨维东

中图分类号:R322.7文献标识码:A 文章编

号:100524979(20020320229204

种子细胞研究是骨组织工程学的重要内容。理想的骨种子细胞应具备以下特点:①取材容易,损伤小;②易定向分化为成骨细胞,传代繁殖力强;③适应性强,植入机体后能保持成骨活性。目前,作为骨组织工程的种子细胞有4种来源:骨、骨外膜、骨髓、骨外组织。这些来源各有优缺点,其中骨髓来源的骨髓基质细胞(b one m arrow strom al cell ,BMSC 具有来源广泛、取材方便、生长稳定、增殖快、定向分化力强、易于接种成活等优点,在骨组织工程中显示出良好的应用前景。1BMSC 的成骨潜能

骨髓基质是骨髓腔中为造血干细胞提供结构和功能支持的结缔组织,由基质细胞和细胞间基质构成。骨髓成骨能力主要来源于BMSC 中的成纤维细胞集落形成单位(colony forming unit fibroblast ,CFU 2F ,它具有多向分化潜能,在特定培养条件下可转化成多种间充质细胞,如成纤维系细胞、成骨系细胞、软骨细胞、脂肪细胞、肌肉细胞和内皮细胞等[1]。Mani 2atopoulos [2]等首次观察到鼠BMSC 在体外培养条件下

具有形成钙化的骨样组织的能力,X 线衍射分析表明

钙化物具有与骨组织类似的羟基磷灰石结构,免疫组织化学显示BMSC 产生I 型胶原,骨钙素(osteocalcin ,OC 与骨涎蛋白表达阴性。Benayahu [3]等将BMSC 体外

培养获得具有成骨细胞特性的细胞:具较高碱性磷酸酶(Alkaline ph osphatase ,A LP 活性、只产生I 型胶原、在条件培养液中可以产生矿化的胞外基质,移入微孔滤膜扩散室(millipore diffusion chamber ,M DC 植入体内可培养成骨。BMSC 的分化可能是非定向性的,因为已分化基质细胞仍具有转化成其它类型基质细胞的潜能[4]。因此在一定诱导条件下,可使其向成骨细胞分化的数目大大增加,表明BMSC 具有很强的成骨潜能[5]。

2BMSC 的来源与获取

BMSC 可来源于机体各部位骨髓,人的BMSC 通

常取自髂骨,不同来源的BMSC 的功能状态不一。此外,分离的BMSC 功能状态还受到取材部位和织体年

龄的影响。M ilne 2M [6]等发现,椎骨来源BMSC 的A LP 活性低于股骨来源的BMSC ,而OCmRNA 的水平较后者高。D πAvis 2PY [7]等观察到,随年龄增

长,BMSC 的成骨活性呈下降趋势,认为这是由于骨祖细胞的数目减少和/或对生长因子的反应性降低而致。BMSC 的获取,一般采用髓腔冲洗或者穿刺抽吸的方法。抽吸法损伤小,但每一部位每次骨髓的抽出量不应超过2ml ,否则将因吸出物中血量增加而引起有核细胞数的明显下降[8]。S olchaga [9]等,分析了241份4月龄兔BM

2SC 获取物,发现所获得的BMSC 具有很大的变异性,

其中A LP 活性变异系数高达132,因此强调制备过程的一致性,认为只有样本足够大,才能得到明确的结论。D obs on [10]等提出离心分离方法,离心法所获得的CFU 2F 是冲洗法的二倍,并且具有简易、快速、变异小、可同时制备多份样品的优点。3BMSC 的诱导分化

近年来许多学者致力于探讨诱导BMSC 向成骨细胞分化的因素,并取得了一些进展。其中骨形成蛋白(bone m orphogenetic protein ,BMP 、转化生长因

子β(trans forming growth factor 2β,TG F 2β、地塞米松

(dexamethas one ,Dex 、1,25羟基维生素D 3(1,25(OH 2D 3是目前研究较多的因子。3.1BMP

BMP 是一类能在非骨骼部位诱导骨组织形成

的特异性骨生长因子,能够诱导BMSC 定向分化为成骨细胞。Richard 等[11]研究表明,BMP 22能够快速

诱导BMSC向成骨细胞转化,BMP22作用8天后, A LP活性明显增强,A LP、OC、骨挢素、骨涎素的mR2 NA表达水平提高,并发现BMP联合Dex的骨诱导活性明显高于单独使用BMP22,认为在骨诱导过程中可能需要激素的参与。Akira等[12]证实,基因重组人骨形成蛋白22(rhBMP22对多能BMSC系ROBC26,同时具有促进分化和增殖的作用,而对分化较高的成骨细胞系ROB2C20则促进分化而抑制增殖,认为BMP的效应因细胞的不同分化程度而异。K im等[13],认为BMP能促进前体成骨细胞向成骨细胞转化,但不能使其向成熟的成骨细胞转化。3.2TG F2β

TG F2β是一族具有促进细胞增殖、调节细胞分化、促进细胞外基质合成的生长因子。Locklin等[14]发现, TG F2β能够抑制BMSC的增殖,但能促进A LP的表达,并能抑制BMSC向脂肪细胞的转化,显示TG F2β具有促成骨分化能力。Andrades

等[15]研究表明,基因重组人转化生长因子β(rhTG F2β有利于小鼠BMSC中骨髓基质成骨细胞克隆形成,能降低细胞增殖水平,但A LP表达水平和有钙化能力的克隆形成增加,表明rhTG F2β可以诱导BMSC向成骨细胞分化和成熟。

3.3地塞米松(Dex

M aniaeopoulos等[2]发现体外培养的BMSC中,加入地塞米松才能形成矿化结节,且矿化结节形成的时间、形状、数目与Dex加入的时间和剂量是一定依赖性。Y am aguchi等[16]发现,Dex在促进BMSC向成骨细胞分化的同时,能够激活BMSC 表面糖皮质激素受体,使其向脂肪细胞分化,从而减少向确定性骨祖细胞分化的比例。Cheng[17]等表明,Dex能抑制BMSC增殖,而促进其向成骨细胞分化。同时发现,