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    透明質(zhì)酸支架復(fù)合小鼠3T3-L1細(xì)胞及VEGF注射充填的實(shí)驗(yàn)研究

    2014-04-13 01:36:01童蕓王曉芬吳芳郭梅菊沈輝
    浙江醫(yī)學(xué) 2014年10期
    關(guān)鍵詞:移植物空白對照分化

    童蕓 王曉芬 吳芳 郭梅菊 沈輝

    透明質(zhì)酸支架復(fù)合小鼠3T3-L1細(xì)胞及VEGF注射充填的實(shí)驗(yàn)研究

    童蕓 王曉芬 吳芳 郭梅菊 沈輝

    目的 觀察透明質(zhì)酸(HA)支架復(fù)合小鼠3T3-L1細(xì)胞及血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子(VEGF)注射充填后移植細(xì)胞的存活情況。 方法 體外培養(yǎng)細(xì)胞并誘導(dǎo)后分組,PCR法檢測分組后的脂肪分化相關(guān)基因 [氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ)、轉(zhuǎn)錄因子CCAAT增強(qiáng)子結(jié)合蛋白α(C-EBP α)]的表達(dá)。根據(jù)移植物成分分為4組:實(shí)驗(yàn)組(3×106誘導(dǎo)后脂肪細(xì)胞+0.6mlPBS緩沖液+0.6mlHA+20ng/mlVEGF),HA對照組(3×106誘導(dǎo)后脂肪細(xì)胞+0.6mlPBS緩沖液+0.6mlHA),VEGF對照組(3×106誘導(dǎo)后脂肪細(xì)胞+1.2mlPBS緩沖液+20ng/mlVEGF),空白對照組(3×106誘導(dǎo)后脂肪細(xì)胞+1.2mlPBS緩沖液)。術(shù)后2、4、8周處死小鼠后取材,標(biāo)本行形態(tài)學(xué)及病理學(xué)檢查,并測定移植物質(zhì)量及微血管計(jì)數(shù)。 結(jié)果 體外培養(yǎng)后各組小鼠PPARγ及C/EBP α條帶密度相近。實(shí)驗(yàn)組較其他各組存活的細(xì)胞多,形態(tài)均一,壞死較少。2、4、8周實(shí)驗(yàn)組小鼠移植物質(zhì)量均明顯高于其他組,HA對照組均明顯高于VEGF對照組及空白對照組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.05);2、4、8周實(shí)驗(yàn)組小鼠微血管計(jì)數(shù)均明顯高于其他組,VEGF對照組均明顯高于空白對照組,HA對照組均明顯低于VEGF對照組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.05)。 結(jié)論 HA支架復(fù)合小鼠3T3-L1細(xì)胞及VEGF體外培養(yǎng)后移植入小鼠體內(nèi)可以提高移植細(xì)胞的存活水平。

    透明質(zhì)酸 小鼠 3T3-L1細(xì)胞 血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子

    脂肪前體細(xì)胞(如小鼠3T3-L1細(xì)胞)是從脂肪組織分離出的脂肪干細(xì)胞分化出的早期脂肪細(xì)胞,通過誘導(dǎo)具有分化增殖的潛能。外源性血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子(VEGF)可促進(jìn)移植組織內(nèi)的血管增生和脂肪細(xì)胞分化增殖,但需要持續(xù)作用組織才能起到較好效果[1]。透明質(zhì)酸(HA)是葡糖醛酸-N-乙酰氨基葡糖,為雙糖單位組成的直鏈高分子多糖,廣泛存在于組織細(xì)胞基質(zhì)中,具有優(yōu)良的生物相容性和生物可降解性。HA的大分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)通過與水形成氫鍵可結(jié)合大量的水,可以維持局部VEGF水平,同時(shí)其獨(dú)特的三維結(jié)構(gòu)使之成為理想的種子細(xì)胞的支架材料[2-3]。本文旨在通過實(shí)驗(yàn)研究探討HA支架復(fù)合自體脂肪干細(xì)胞及VEGF注射充填的效果,以期為臨床應(yīng)用提供依據(jù)。

    1 材料和方法

    1.1 材料 小鼠3T3-L1細(xì)胞(國家傳染病診治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供),6周齡雌性BALB/c小鼠24只(浙江大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供)。胰島素、地塞米松、甲基異丁基黃嘌呤(Sigma公司),VEGF165(Peprotech公司)。10%FBS的DMEM液(Sigma公司)。1∶100HA(施佩特,福瑞達(dá)公司)。

    1.2 細(xì)胞復(fù)蘇和培養(yǎng) 取凍存小鼠3T3-L1細(xì)胞,37°C水浴2min至完全溶解。22°C下800r/min離心5min。取沉淀,加入10%FBS的DMEM液10m1,在直徑10cm細(xì)胞培養(yǎng)皿中37°C、CO2培養(yǎng)箱培養(yǎng)。觀察細(xì)胞長滿則進(jìn)行傳代,棄培養(yǎng)液,培養(yǎng)皿加入1.5m1胰酶洗滌消化30~60s,加培養(yǎng)液終止消化,22°C下800r/min離心5min。取沉淀,1∶3在直徑10cm細(xì)胞培養(yǎng)皿中傳代,37°C、CO2培養(yǎng)箱培養(yǎng)。

    1.3 細(xì)胞誘導(dǎo)及PCR檢測 0.5mmo1/L甲基異丁基黃嘌呤、10mg/L胰島素、1μmo1/L地塞米松誘導(dǎo)細(xì)胞2d后,換10mg/L胰島素培養(yǎng)繼續(xù)培養(yǎng)2d,之后再換成10%FBS的DMEM液培養(yǎng)4d。誘導(dǎo)后細(xì)胞分為4組(見表1),取6孔板培養(yǎng)1周后,行PCR檢測PPAR-g及C/EBP-α,內(nèi)參為β-actin。結(jié)果采用瓊脂糖凝膠電泳檢測。PCR引物及序列見表2。

    1.4 脂肪細(xì)胞復(fù)合組織移植 將24只小鼠隨機(jī)分成4組,以1m1注射器,每只小鼠背部皮下,筋膜層以內(nèi),移植物各注射2點(diǎn),每點(diǎn)注射量1.2m1。注射后可見皮丘,2點(diǎn)間距離1.5cm,防止融合。各組小鼠移植物成分見表3。1.5 取材及測定 術(shù)后2、4、8周采用頸椎脫臼法處死法處死小鼠,眼科剪打開移植物周圍筋膜,完整剝離出移植物,肉眼觀察色澤、質(zhì)地。電子天平測量質(zhì)量。之后標(biāo)本分別進(jìn)行HE組織染色和蘇丹Ⅲ染色。在HE染色片上計(jì)數(shù)每個(gè)HP(200倍)下微血管的個(gè)數(shù),取其平均值即血管密度。

    1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS16.0統(tǒng)計(jì)軟件,計(jì)量資料以表示,組間比較采用方差分析。

    表1 細(xì)胞分組及成分

    表2 PCR引物及序列

    表3 各組小鼠移植物成分

    2 結(jié)果

    2.1 大體觀察 2、4、8周取材見小鼠背部皮下脂肪組織淡黃色,質(zhì)軟,容易剝離。實(shí)驗(yàn)組、HA對照組均取到標(biāo)本。

    2.2 PCR結(jié)果 PCR產(chǎn)物大?。篜PARγ 226bp,C/EBP α 214bp,β-actin 446bp。凝膠電泳圖見圖1。

    圖1 PCR產(chǎn)物凝膠電泳圖(1:實(shí)驗(yàn)組;2:HA對照組;3:VEGF對照組;4:空白組)

    由圖1可見,各組內(nèi)參β-actin條帶均有顯示,密度相似,大小符合446bp區(qū)間,證明結(jié)果可信。各組PPAR-γ、C-EBP α均有明顯表達(dá),所在區(qū)間分別符合226bp和214bp,可以認(rèn)為是特異性條帶,且條帶密度均相近。

    2.3 HE染色檢查結(jié)果 HE染色切片表現(xiàn)為移植物外周有纖維包膜。實(shí)驗(yàn)組存活脂肪細(xì)胞較多,壞死灶較少,細(xì)胞較大排列均一,可見微血管生長(圖2a);HA對照組脂肪細(xì)胞形態(tài)較均一,壞死少,炎性細(xì)胞少量浸潤(圖2b);VEGF對照組也可見部分壞死脂肪細(xì)胞,炎性細(xì)胞浸潤較空白對照組減少,脂肪細(xì)胞大小不一(圖2c);空白對照組可見較多壞死脂肪細(xì)胞,炎性細(xì)胞浸潤,脂肪細(xì)胞大小不一,存活較少(圖2d)。

    2.4 蘇丹Ⅲ染色結(jié)果 對照組紅染脂肪較少,排列不規(guī)則,大小不一,有局部纖維化(圖3a);實(shí)驗(yàn)組紅染脂肪較多,壞死灶較少,細(xì)胞較大排列均一(圖3b)。

    圖3 蘇丹Ⅲ染色組織學(xué)檢查(a:空白對照組;b:實(shí)驗(yàn)組;×200)

    2.5 各組小鼠移植物質(zhì)量的比較 見表4。

    表4 各組小鼠移植物質(zhì)量的比較(mg)

    由表4可見,2、4、8周實(shí)驗(yàn)組小鼠移植物質(zhì)量均明顯高于其他組,HA對照組均明顯高于VEGF對照組及空白對照組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.05);VEGF對照組與空白對照組的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。2.6 各組小鼠微血管計(jì)數(shù)的比較 見表5。

    表5 各組小鼠微血管計(jì)數(shù)的比較(個(gè))

    由表5可見,2、4、8周實(shí)驗(yàn)組小鼠微血管計(jì)數(shù)均明顯高于其他組,VEGF對照組均明顯高于空白對照組,HA對照組均明顯低于VEGF對照組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.05)。

    3 討論

    體表軟組織缺損、凹陷、萎縮是臨床上常見的面部形態(tài)畸形,目前主要常采用自體游離脂肪注射移植、注射性材料充填、或手術(shù)植入固體生物代用品,但都有明顯缺點(diǎn)。很多人工材料植入有一定風(fēng)險(xiǎn),可能出現(xiàn)材料包膜破裂、移位、硬結(jié)、過敏等并發(fā)癥。自體脂肪移植雖然并發(fā)癥較少,但吸收率較高,HA及其它多糖類制劑(如幾丁質(zhì))降解時(shí)間過快,影響臨床應(yīng)用效果。脂肪前體細(xì)胞是從脂肪組織分離出的脂肪干細(xì)胞分化出的早期脂肪細(xì)胞,通過誘導(dǎo)具有分化增殖的潛能[3-4]。早期脂肪細(xì)胞來源廣泛,并且本身具有體外分裂增殖能力,培養(yǎng)后通過脂肪分化的3聯(lián)誘導(dǎo)劑可分化為脂肪細(xì)胞[5-6]。

    目前,臨床上對脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞的研究已取得重大進(jìn)展。Zuk等[4]從脂肪組織中分離出了一種多能干細(xì)胞,在不同的刺激下具有成脂肪、成軟骨、成骨和肌原性及神經(jīng)細(xì)胞的分化潛能,被稱為脂肪來源干細(xì)胞(ADSCs)。作為一種間充質(zhì)干細(xì)胞,ADSCs在細(xì)胞形態(tài)和免疫學(xué)表型上與骨髓干細(xì)胞很相似[5-6]。平均300m1脂肪組織可獲得2×108~6×108個(gè)細(xì)胞,這表明以種子細(xì)胞替代終末細(xì)胞具有無可比擬的增殖優(yōu)勢。ADSCs通過一系列尚不明確的機(jī)制進(jìn)入脂肪系分化,成為成纖細(xì)胞樣的脂肪前體細(xì)胞,開始了脂肪分化。這些脂肪前體細(xì)胞不像骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞對培養(yǎng)基中FBS來源和質(zhì)量有嚴(yán)格要求,在加有任何批號(hào)FBS的DMEM培養(yǎng)基中均能很好地?cái)U(kuò)增。在傳代培養(yǎng)中,平均倍增時(shí)間為60h,并且保持穩(wěn)定的倍增率直至13~15代,其中衰老和死亡細(xì)胞的所占比例也很少,這表明脂肪前提細(xì)胞體外擴(kuò)增能力很強(qiáng),傳代培養(yǎng)易于獲得大量有分化能力的細(xì)胞。

    3T3-L1可被經(jīng)典的三聯(lián)誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)分化為成熟脂肪細(xì)胞。誘導(dǎo)劑包括異丁基甲基嘌呤(MIX)、糖皮質(zhì)激素如地塞米松(DEX)和胰島素。MDI誘導(dǎo)1h后,3T3-L1細(xì)胞產(chǎn)生一系列早期基因的表達(dá),包括c-fos、c-jun、c-myc以及轉(zhuǎn)錄因子CCAAT增強(qiáng)子結(jié)合蛋白β和δ(C/EBPβ和C/EBPδ)。c-fos、c-jun、c-myc在誘導(dǎo)2~6h后消失;24h后出現(xiàn)飽和后有絲分裂,在誘導(dǎo)分化第2天,有絲分裂完成,隨后出現(xiàn)特殊的生長抑制稱為GD。該有絲分裂起著解旋DNA,使轉(zhuǎn)錄因子與相應(yīng)的脂肪分化相關(guān)基因元件結(jié)合的作用[7],此時(shí)仍處在低濃度水平的PPARγ和C/EBP α開始升高;在誘導(dǎo)分化第3天,前脂肪細(xì)胞開始表達(dá)后期標(biāo)記并在之后的幾天逐漸變成球形出現(xiàn)脂肪滴,最后進(jìn)入終末分化階段[8]。通過大量實(shí)驗(yàn)為脂肪前體細(xì)胞分化為脂肪細(xì)胞的重要通路建立了一個(gè)模型,C/EBPβ和C/EBPδ的表達(dá)誘導(dǎo)首先表現(xiàn)為PPARγ的表達(dá),然后PPARγ與C/EBP s又一起激活C/EBPα的表達(dá),最終PPARγ、C/EBP α分別啟動(dòng)脂肪分化相關(guān)的各種基因表達(dá)。在PPARγ缺失的純合子胚胎干細(xì)胞中,可以產(chǎn)生正常含量C/EBPβ和δ,而C/ EBPα含量很低[9-10],提示PPARγ可誘導(dǎo)C/EBP α的表達(dá)。實(shí)驗(yàn)研究表明,PPAR γ和C/EBP α之間存在一個(gè)正反饋效應(yīng)環(huán),促進(jìn)相互的表達(dá)[11]。在此基礎(chǔ)上,大量轉(zhuǎn)錄因子和活性蛋白作用與這條通路的各個(gè)環(huán)節(jié)影響脂肪分化過程。對PPARγ基因敲除和嵌合體小鼠的研究證明,PPARγ作為主要的轉(zhuǎn)錄因子,可以獨(dú)立地起始整個(gè)脂肪誘導(dǎo)分化過程[12-14]。因此,可以通過PCR檢測PPARγ和C/EBPα表達(dá)情況了解細(xì)胞脂肪分化的程度。

    VEGF是血管生成的重要因子,它促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、血管增生、延長血管內(nèi)皮細(xì)胞的壽命以及增加血管通透性和血管維持,但VEGF需持續(xù)作用于脂肪移植體及周圍組織才能起到良好的效果[15]。HA是葡糖醛酸-N-乙酰氨基葡糖,為雙糖單位組成的直鏈高分子多糖,廣泛存在于組織細(xì)胞基質(zhì)中,具有優(yōu)良的生物相容性和生物可降解性[1]。HA的大分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)通過與水形成氫鍵可結(jié)合大量的水,可以維持局部VEGF水平,同時(shí)其獨(dú)特的三維結(jié)構(gòu)使之成為理想的種子細(xì)胞的支架材料。HA是皮膚組織的主要成分之一,皮膚內(nèi)只要含有足夠量的HA就可以防止皮膚的衰老、脫水,抑制纖維化;而且可以促進(jìn)創(chuàng)傷愈合,抑制膠原過度沉積而導(dǎo)致的瘢痕。但是作為皮膚支架其易于降解,為了延長其在創(chuàng)面的作用時(shí)間,減少降解率,可以將HA與其他天然高分子或者細(xì)胞成分復(fù)合[16]。

    本文結(jié)果顯示,誘導(dǎo)分化后的3T3-L1脂肪細(xì)胞移植后在小鼠體內(nèi)前2周,主要以急性炎癥反應(yīng)包括血運(yùn)的重建,脂肪細(xì)胞的壞死吸收以及轉(zhuǎn)化為前脂肪細(xì)胞、炎性細(xì)胞浸潤等,2周后隨四周血管的長入,邊緣血運(yùn)的逐步建立,該部位細(xì)胞成活,中央部位細(xì)胞壞死吸收及纖維化,此時(shí)為慢性炎癥反應(yīng),2~3個(gè)月后,隨血液循環(huán)的完善,細(xì)胞營養(yǎng)充足,前脂肪細(xì)胞又分化為成熟的脂肪細(xì)胞。2、4、8周實(shí)驗(yàn)組微血管計(jì)數(shù)與各組有明顯差異,HA組與空白組無明顯差異,VEGF組與空白組有明顯差異,表明VEGF可以促進(jìn)移植物血管生長,且該促進(jìn)作用與HA的緩釋作用有關(guān)。實(shí)驗(yàn)組移植物質(zhì)量逐漸下降,此過程為HA逐漸降解。由此可見該HA材料作為支架,VEGF緩釋后產(chǎn)生效應(yīng)時(shí)間>2周。而移植組織血管形成的時(shí)間在2周左右。這期間可以緩釋VEGF,使新生脂肪組織內(nèi)血管有較好的增生條件,從而使新生組織獲得充分血供,以利于其存活。單純的脂肪細(xì)胞移植有較多的細(xì)胞由于缺少血運(yùn)重建最終壞死被炎性細(xì)胞吸收形成纖維化,而缺少HA作為支架,單純VEGF進(jìn)入體內(nèi)被迅速代謝降解,與空白對照組無明顯差異;HA對照組與空白對照組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,提示了HA本身作為一種支架,可能通過其他作用有利于誘導(dǎo)的3T3-L1脂肪前體細(xì)胞形成脂肪組織,該現(xiàn)象有待進(jìn)一步研究。

    此外,PCR結(jié)果顯示各組內(nèi)參β-actin條帶均有顯示,密度相似,大小符合446bp區(qū)間。證明結(jié)果可信。作為脂肪分化主要的轉(zhuǎn)錄因子,PPAR-γ、C-EBP α均有明顯表達(dá),所在區(qū)間分別符合226bp和214bp,可以認(rèn)為是特異性條帶。各組PPAR-γ、C-EBP α條帶密度均相近,說明在體外各組表達(dá)無明顯差異。由于VEGF只有在體內(nèi)才能促進(jìn)血管生長,故在體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)各組無明顯差異,進(jìn)一步證明了VEGF通過促進(jìn)血管生長來促進(jìn)脂肪存活,對3T3-L1細(xì)胞脂肪分化表達(dá)無直接影響。由移植物的生長情況可見,HA4~8周降解趨于平穩(wěn),形成的脂肪組織逐漸穩(wěn)定,可以認(rèn)為其內(nèi)已經(jīng)形成了較完善的血運(yùn),這些組織已經(jīng)存活,提示降解時(shí)間長于4周的HA更適合作為VEGF的載體。

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    The study of injection of 3T3-L1 preadipocyte and hyaluronic acid scaffold combined with VEGF

    ObjectiveTo evaluate the effect of increasing the survival rate of mouse 3T3-L1 after transplantation with hyaluronic acid(HA)gel scaffold and vascular endothelial growth factor(VEGF).Methods After cell culture and differentiation induction in vitro,gene expression of peroxisome proliferator activated receptor γ (PPARγ)and CCAAT/enhancer-binding proteinα (C/EBP α)was tested.HA-VEGF group(3×106induced 3T3-L1+0.6ml PBS+0.6ml HA),HA group(3×106induced 3T3+0.6mlPBS+0.6mlHA),VEGF group(3×106induced 3T3+1.2mlPBS+20ng/mlVEGF)and control group(3×106induced 3T3+1.2mlPBS)were set up to transplant the components.The mice were executed after 2,4,and 8 weeks.Morphology and pathology evaluation were performed to exam the tissue specimen.The weight measurement of the tissue specimen and the microvessel counting were also performed. Results After culture and differentiation induction in vitro,the band density of PPARγand C/EBP α were similar between groups by PCR test.The HE and Sultan III staining result indicated that VEGF combined with hyaluronic acid transplantation group had regular cell size,more cell survival,less necrosis than other groups.After 2,4 and 8 weeks,Graft weight of HA-VEGF group was significant higher than other groups.Graft weight of HA groups was significant higher than VEGF group and control group.The results had statistical difference(P<0.05).After 2,4 and 8 weeks,the microvessel density of HA-VEGF group was significant higher than other groups.Microvessel density of VEGF groups was significant higher than HA group and control group.The results had statistical difference(P<0.05). Conclusion Intradermal injection of 3T3-L1 preadipocyte by hyaluronic acid scaffold combined with VEGF increases the rate of survival of transplanted tissue.

    Hyaluronic acid Mouse 3T3-L1 preadipocyte VEGF

    2014-01-23)

    (本文編輯:歐陽卿)

    321000 金華市中心醫(yī)院整形美容中心(童蕓、王曉芬、吳芳、郭梅菊);浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院(沈輝)

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