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人骨髓间充质细胞的增龄变化

刘家裔  
【摘要】:本文旨在研究体外培养的人骨髓间充质细胞随着年龄的改变及其在临床治疗工作中的价值。骨科临床治疗中,有许多影响骨科愈合的因素,其中包含年龄因素。年龄越小,骨折愈合越快,相反年龄大,则骨折不易愈合,从而较多发生骨不连现象。当然这其中不完全归因于年龄大小,还存在其它原因,但年龄因素是一个很重要的方面。那么为什么年龄的大小与骨折愈合程度有着密切的关系呢?这需要我们应用组织工程学技术,从细胞起源水平上进行试验研究。 在人胚发生和早期发育过程的胚期,三个胚层逐渐分化形成各种器官的原基。中胚层细胞依次分化为轴旁中胚层、间介中胚层和侧中胚层。有一部分散在分布的中胚层细胞,称为间充质,间充质分化为部分结缔组织、肌组织和血管。轴旁中胚层细胞部分增殖分化为中轴骨骼(如脊柱),而侧中胚层细胞部分增殖分化为四肢骨骼,由此可见中胚层细胞能增殖演化为骨骼。间充质由间充质细胞和无定形基质构成。细胞较大,核仁明显,胞质呈弱嗜碱性。间充质细胞分化程度很低,有很强的分裂分化能力。在胚胎时期能分化成多种结缔组织细胞。结缔组织包括坚硬的软骨和骨。成体的结缔组织内仍保留少量未分化的间充质细胞。未分化的间充质细胞(undifferentiated mesenchymal cell)分布在小血管,尤其毛细血管周围,其形态与纤维细胞相仿,是成体结缔组织内较原始的细胞。它们保留着间充质细胞多向分化的潜能。在炎症及创伤修复时可增殖分化为成纤维细胞起修复作用。骨来源于胚胎 WP=29 时期的间充质,间充质细胞分化为骨祖细胞,后者进一步分化为成骨细胞。成骨细胞再生成骨组织。骨髓位于骨髓腔内,分红骨髓和黄骨髓。红骨髓是造血组织,红骨髓分布在扁骨,不规则骨,在长骨中主要分布在骨骺端的松质骨中,其中含有少量间充质细胞。上述提及成体结缔组织中未分化的间充质细胞在损伤血管和平滑肌修复中有增殖分化功能。那么在骨折的愈合过程中,骨髓中的少量间充质细胞是否起修复作用呢?若参与骨折重建,修复效果与病人的年龄变化(即骨髓间充质细胞的增龄变化)关系如何?对此问题的研究能否给实际临床骨折治疗带来有价值的指导作用? 上面谈及三胚层中的中胚层细胞生成多种类型的间充质组织,包括骨、软骨。现在的研究证实,这些起源细胞也存在于出生后的机体中,称做未分化间充质干细胞(MSCs)。最近开展了分离成人和动物骨膜或骨髓来源MSCs的技术,以及引导其分化为成骨,成软骨、成肌腱、成肌肉、成脂肪和成熟的基质系,这些细胞在体外许多代培养后仍保留分化潜能,表明其具有干细胞的特征。由此证明骨髓中含有分化为所有间充质组织的干细胞。在体外形成成纤维细胞集落的CFU-FC(Colony forming units fibroblastic)为干细胞和祖细胞。发育和老化是一个连续过程,由于间充质干细胞数量伴随机体老化而减少,所以间充质组织再生能力也随年龄增长而丢失。 骨髓间充质细胞的多能分化特征最早来自于间质细胞的体内分析,即通过体内微孔扩散盒中骨髓间质细胞分化及体内开放植入 WP=30 的骨髓间质细胞分化后,对其形成的骨组织进行分析,观察到骨形成。且新形成的骨和骨髓组织的骨髓间质细胞来自于供体,造血组织来自于宿主。由此推断骨髓间充质细胞是具有增殖和分化能力的细胞,即具有干细胞特征。同时证实骨髓间质中存在有向成骨方向定向分化的起源细胞。后来人们进行体外培养条件下骨髓间质细胞的多能分化特征的研究。实验发现,培养的间充质细胞,在体外一定的条件下可广泛一致地分化为多个间充质系。包括骨细胞系。通过对动物骨髓间充质细胞体内开放移植和扩散盒中单个集落分析及体外单个集落分析,证实在不同培养条件下,单个骨髓间充质细胞可产生各种骨细胞系以及支持造血所必须的骨髓间质。能产生骨髓组织,也就是说能产生若干分化间质系。证实骨髓间质中存在自我复制能力的干细胞。通过对人的骨髓来源的成人间充质细胞行体外分离扩增培养形成的单个集落在不同培养条件下分化研究。发现成人骨髓中也含有间充质干细胞(MSCs)。 以上描述了骨髓中MSCs有广泛的增殖能力,它们在体外有维持分化为多个细胞类型的能力,这就确立了它们的干细胞本质。它们的培养和选择分化将提供重要的多个组织类型的祖细胞,可提供恢复损伤或疾病组织的新的治疗途径。 未分化的间充质干细胞(MSC)是多潜能细胞,存在于骨髓中,即能作为未分化细胞而复制又具有能力分化为间充质组织系。可从骨髓抽吸分离获得,并可被诱导分化为单一的脂肪细胞、软骨细胞或骨细胞系。单一纯系的干细胞(hMCS)扩增到集落时, WP=31 保持其多系分化能力。骨髓间质细胞系可能是人体广泛的间质细胞系统的一部分,含多能干细胞。以往认为骨髓中只含有造血干细胞,但目前证实还含有非造血干细胞,即骨髓间充质干细胞。 基于以上知识,可以认为,骨折后骨痂形成过程中,未分化间充质细胞分化为成骨细胞和成软骨细胞是第一步,这些未分化的间充质细胞可能来源于骨髓。任何原因造成未分化间充质细胞增殖和分化的失败都将导致新骨痂形成失败和最终的骨不连。 目前,治疗骨不连、?


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