模擬微重力環(huán)境對人牙周膜干細(xì)胞增殖分化的影響及其機(jī)制的研究.pdf

1、長期空間飛行可引起身體多個(gè)系統(tǒng)的改變?nèi)缪骸难芟到y(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、骨骼肌肉系統(tǒng)、自主平衡系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)等。由于實(shí)驗(yàn)耗資巨大，具備空間實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ娜肆Y源缺乏和實(shí)驗(yàn)設(shè)備重量嚴(yán)格受限等因素使得空間載體科學(xué)實(shí)驗(yàn)非常有限，因此被美國航空航天局認(rèn)可的旋轉(zhuǎn)細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)（rotarycellculturesystem，RCCS），成為地面模擬微重力環(huán)境進(jìn)行細(xì)胞或組織實(shí)驗(yàn)的主要儀器。RCCS中培養(yǎng)體系對細(xì)胞產(chǎn)生的機(jī)械剪切力小，充氧不引起渦流，

2、有利于細(xì)胞營養(yǎng)的及時(shí)補(bǔ)充，加速代謝產(chǎn)物的盡快排除，從而改善離體細(xì)胞的培養(yǎng)條件,有利于細(xì)胞培養(yǎng)和組織生長。
　　成體干細(xì)胞是指從機(jī)體某些組織中分離出來的具有自我更新和多向分化能力的一類細(xì)胞,它分布于不同的組織,還可以通過血液循環(huán)到達(dá)軀體各處,參與組織的修復(fù)和再生。牙周膜干細(xì)胞是一種典型的牙源性間充質(zhì)干細(xì)胞，可以從新鮮拔除牙齒的牙周膜組織中獲得。盡管在體外普通培養(yǎng)環(huán)境下這種牙周膜干細(xì)胞呈現(xiàn)出一種較低的成骨分化潛能，但是在礦化誘導(dǎo)培養(yǎng)條

3、件下,牙周膜干細(xì)胞可以表達(dá)成牙骨質(zhì)/成骨特性標(biāo)記物,如堿性磷酸酶、細(xì)胞外基質(zhì)磷酸化糖蛋白、骨涎蛋白、骨鈣素和轉(zhuǎn)移生長因子β1；牙周膜干細(xì)胞植入免疫缺陷鼠體內(nèi)能夠生成類似牙周膜樣結(jié)構(gòu)。這些特性表明牙周膜干細(xì)胞作為一種新的成體干細(xì)胞，具有其特殊性和潛在的臨床應(yīng)用價(jià)值。
　　TGF-β超家族細(xì)胞因子經(jīng)過其各自的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)引起不同的生物學(xué)效應(yīng)，而信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的基本過程相似：通過TGF-β族配體——膜受體——Smads蛋白——轉(zhuǎn)錄因子——基因表達(dá)

4、等步驟。Smads家族是TGF-β超家族成員下游的一種細(xì)胞內(nèi)信號的特異性轉(zhuǎn)導(dǎo)分子，可將信號直接從細(xì)胞膜轉(zhuǎn)導(dǎo)入細(xì)胞核內(nèi)，具有轉(zhuǎn)錄活化的作用。組織學(xué)和細(xì)胞學(xué)研究證實(shí)牙周膜的發(fā)育過程中，TGF-β及其受體在成骨細(xì)胞、成牙骨質(zhì)細(xì)胞和成纖維細(xì)胞內(nèi)均有較強(qiáng)的表達(dá)，提示TGF-β能夠調(diào)節(jié)牙周膜組織的發(fā)生和成熟。
　　本課題旨在：探討地面靜止及模擬微重力環(huán)境中牙周膜干細(xì)胞形態(tài)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增殖、分化等生物學(xué)特性有何種變化；明確smads信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子

5、在兩種不同培養(yǎng)環(huán)境下對細(xì)胞生物學(xué)行為變化是否起到關(guān)鍵性的調(diào)控作用；探明微重力環(huán)境下牙周膜細(xì)胞的生物力學(xué)反應(yīng)，及牙周膜細(xì)胞在微重力環(huán)境下生物力學(xué)響應(yīng)的主要信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑和關(guān)鍵信號分子，為維護(hù)航天員的口腔健康提供有效的防護(hù)措施，并且為臨床研究牙周組織再生和牙齒松動等牙周疾病提供新的治療思路。
　　所取得的主要結(jié)果如下:
　　1.牙周膜干細(xì)胞的分離、培養(yǎng)、鑒定及多向分化能力檢測
　　通過組織塊聯(lián)合酶消化法獲得了牙周膜細(xì)胞，利用

6、單克隆培養(yǎng)法在間充質(zhì)干細(xì)胞培養(yǎng)基內(nèi)成功分離出牙周膜干細(xì)胞；采用成骨誘導(dǎo)、成脂誘導(dǎo)方式驗(yàn)證了牙周膜干細(xì)胞具備多向分化能力；采用免疫組織化學(xué)染色和流式細(xì)胞儀定量分析細(xì)胞群體中間充質(zhì)干細(xì)胞標(biāo)志物Stro-1的陽性表達(dá)率。
　　2.微重力環(huán)境下牙周膜干細(xì)胞的生物學(xué)特性分析
　　利用旋轉(zhuǎn)生物反應(yīng)器（RCCS）和Cytodex-3微載體成功對牙周膜干細(xì)胞接種并懸浮培養(yǎng)。對牙周膜干細(xì)胞在懸浮模擬微重力和普通重力環(huán)境的細(xì)胞生物狀態(tài)進(jìn)行了比較

7、，主要觀察了細(xì)胞形態(tài)學(xué)改變、增殖潛能變化、細(xì)胞成骨/成牙骨質(zhì)向分化能力改變。結(jié)果提示模擬微重力環(huán)境能夠加強(qiáng)細(xì)胞增殖能力，促進(jìn)細(xì)胞成骨/成牙骨質(zhì)向分化潛能，同時(shí)細(xì)胞出現(xiàn)不同于普通重力下的形態(tài)。
　　3.Smads信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子在微重力引起牙周膜干細(xì)胞成骨/成牙骨質(zhì)向分化中的作用機(jī)制研究。
　　TGF-β1可以促進(jìn)牙周膜干細(xì)胞成骨/成牙骨質(zhì)向分化；Smads信號在此過程中充當(dāng)了重要角色；微重力引起的牙周膜干細(xì)胞成骨/成牙骨質(zhì)向分化