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生物电场促进皮肤创面修复的细胞机制

李力  
【摘要】:慢性、难愈性创面和溃疡是现代医学面临的一个重要难题,尤其是老年患者和糖尿病患者,其创面愈合更加困难。成体干细胞具有自我更新能力和分化能力,在维持组织稳态、促进创面修复和组织再生方面发挥着重要作用。皮肤创面修复需要表皮干细胞向创面中心定向迁移。指导表皮干细胞向创面中心迁移可能为促进皮肤创面愈合提供新的方法。皮肤创面存在内源性生物电场,其中心为负极。但是,创面生物电场能否调节表皮干细胞生物学行为目前尚不明确。 新血管生长,即血管生成,在创面修复中发挥着必不可少的作用。内皮祖细胞的迁移对于新血管的生成至关重要。指导内皮祖细胞定向迁移对于促进血管损伤修复和创面愈合可能具有显著临床意义。因此,本研究观察了生物电场对体外培养的人内皮祖细胞生物学行为的影响。 皮肤创面的再上皮化依赖于成片表皮细胞向创面中心迁移。然而,针对表皮细胞迁移的研究多集中在单细胞上,对于成片细胞迁移的研究相对较少,其机理尚不清楚。体外培养的成片细胞通常无自发性定向运动,阻碍了对其迁移机理的研究。因此,在本研究中我们应用生物电场刺激诱导成片表皮细胞定向迁移并进而探讨其迁移的机理。 在本研究中,我们首先观察了调节内源性生物电场的强度对皮肤创面愈合速度的影响。随后我们分离、培养、鉴定了表皮干细胞和内皮祖细胞,并观察了两种干细胞的趋电性。最后我们观察了电场对成片表皮细胞定向迁移的诱导作用并在其迁移机理方面取得了一些新的发现。 本研究的主要发现如下: 1.大鼠皮肤创面存在显著的外向性电流,且增强该电流可促进创面愈合的速度; 2.体外培养的表皮干细胞具有显著的趋电性,而细胞骨架蛋白F-actin在胞内的不对称分布发挥着重要作用; 3.表皮干细胞表面的表皮生长因子受体是细胞感受电刺激的重要分子;细胞外调节激酶(ERK1/2)信号通路及磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(PI3K/AKT)信号通路是表皮干细胞趋电反应的重要机制; 4.血管内皮损伤部位可检测到显著的内向性电流,其方向与皮肤创面内源性电流方向相反; 5.体外培养的人原代内皮祖细胞接受生物电场刺激后形态变长,沿平行于电场方向定向排列,并向电场正极方向定向迁移。血管内皮生长因子受体-2(VEGFR-2)信号通路及Src信号通路是电场诱导内皮祖细胞定向迁移的重要机制; 6.成片表皮细胞在未接受电场刺激时无整体位移,接受电场刺激后朝正极方向定向迁移; 7.本研究率先发现成片表皮细胞的趋电性显著好于单细胞,且细胞片面积越大,趋电性越好; 8. E-钙粘蛋白参与组成的细胞间粘附连接是成片表皮细胞定向迁移所必需的,而缝隙连接在该过程中作用不大; 9.成片细胞运动前端一侧细胞与基底层之间摩擦力的定向分布在成片细胞定向迁移中发挥着重要作用。


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