模拟微重力环境中IGF-Ⅰ对人牙周膜干细胞骨向分化的影响

论文摘要

牙周炎致牙周组织缺损是成年人失牙的主要原因,牙周组织工程即旨在体外构建具有生理结构及功能的牙周组织。而地面环境的重力影响使得体外培养细胞难以形成三维的组织结构。模拟微重力技术的出现则为对抗重力作用,构建与体内组织形态及功能相似的组织、器官提供了可能。牙周组织的修复及新陈代谢来源于牙周膜干细胞的多向分化。因此,成功培养牙周膜干细胞（human periodontal ligament stem cells, hPDLSCs）,并解决hPDLSCs增殖及多向分化,尤其是骨向分化的精确调控成为修复牙周组织缺损的关键。胰岛素样生长因子-Ⅰ（insulinlike growth factor-Ⅰ, IGF-Ⅰ）是参与上述过程的重要调控因子之一。研究表明,IGF-Ⅰ在牙周膜细胞外基质及血管周围有表达,并可通过自分泌及旁分泌等方式作用于靶细胞,是调节细胞增殖和分化的关键因子,可刺激成骨细胞的增殖及基质蛋白的合成、促进骨形成。然而关于模拟微重力中IGF-Ⅰ对hPDLSCs增殖及骨向分化的作用尚未见报道。本研究旨在分离培养hPDLSCs,构建模拟微重力细胞培养模型,探讨在模拟微重力环境下IGF-Ⅰ对hPDLSCs增殖及骨向分化的调控作用。为进一步研究牙周组织的再生提供实验依据。本研究分为两部分：第一部分人牙周膜干细胞（hPDLSCs）模拟微重力（SMG）培养模型的建立目的：培养鉴定人牙周膜干细胞,建立模拟微重力培养模型。方法：组织块结合酶消化法培养牙周膜细胞,利用有限稀释法筛选获得纯化的hPDLSCs;采用成骨、成脂诱导实验、免疫组织化学染色、流式细胞分析鉴定其干细胞特性。利用旋转生物反应器构建hPDLSCs的SMG培养模型,并对常规地面培养环境（NG）与模拟微重力环境下,牙周膜干细胞的增殖潜能进行比较。结果：有限稀释法筛选获得hPDLSCs表达干细胞表面标志物,具有多向分化能力；与NG环境相比,SMG条件下,hPDLSCs具有更强的增殖活性。结论：有限稀释法可筛选获得具有干细胞特性的hPDLSCs; SMG环境能够促进hPDLSCs增殖。第二部分IGF-Ⅰ在SMG环境下对hPDLSCs骨向分化作用的研究目的：研究IGF-Ⅰ在SMG环境下对hPDLSCs骨向分化的影响。方法：hPDLSCs分为阴性对照组（NG组）、阳性对照组（SMG组）及试验组（SMG+IGF-Ⅰ）,通过实时定量PCR、western-blot及矿化结节图像分析等评估各组hPDLSCs表达成骨标志物、OPG/RANKL的水平及形成矿化结节的能力。结果：试验组成骨标志物表达水平高于两对照组,OPG表达水平低于两对照组,RANKL表达水平高于两对照组,矿化结节面积大于两对照组。结论：IGF-Ⅰ促进hPDLSCs成骨向分化；同时可能通过对OPG/RANKL勺调控参与hPDLSCs诱导破骨细胞生成的过程,从而在维持骨代谢平衡中起到双向调控的作用。综上所述,hPDLSCs在模拟微重力环境下增殖活跃；IGF-Ⅰ在模拟微重力环境下对hPDLSCs表现出促增殖、促成骨向分化的作用,同时可能通过调节hPDLSCs表达OPG/RANKL的比例参与破骨细胞的生成与活化过程。本研究将空间科学中模拟微重力技术应用于牙周组织工程研究中,为深入探讨牙周组织工程细胞生长、分化的精确调控提供了实验基础和新的研究思路。

论文目录

• 目录
• 中文摘要
• Abstract
• 前言
• 第一部分:建立研究模型
• 实验一 人牙周膜干细胞分离、培养、鉴定
• 实验二 建立模拟微重力环境下hPDLSCs培养模型
• 第二部分:IGF-Ⅰ在模拟微重力环境下对HPDLSCs骨向分化的影响
• 实验一 SMG环境下IGF-Ⅰ对hPDLSCs作用最佳浓度的筛选
• 实验二 SMG环境下IGF-Ⅰ对hPDLSCs成骨向分化的影响
• 实验三 SMG环境下IGF-Ⅰ对hPDLSCs表达OPG/RANKL影响的实验研究
• 小结
• 参考文献
• 文献回顾
• 一 胰岛素样生长因了及其对骨代谢的调控
• 二 航天变重力环境对口颌系统的影响
• 三 OPG/RANKL系统与骨改建
• 附录
• 缩略语表
• 附图
• 攻读学位期间发表文章情况
• 致谢