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牵张应变刺激对软骨增殖及分化和细胞基质影响的研究进展
力学刺激广泛存在并参与调节机体内多种细胞的生物行为.其中牵张应变作为机体内细胞常见的一种受力模式,广泛存在于如骨与软骨、肌腱、心肺血管等多种器官.近年来随着生物力学研究的发展,多种力学加载装置应运而生,用于模拟体内复杂的力学刺激来提供包括等轴、单轴以及多种类型的力学波形的牵张应变刺激,这对生物力学的研究是一个巨大的促进.多项研究已发现牵张应变刺激可引起受力细胞的增殖、凋亡、分化和基质等的改变,但是对于同种细胞不同类型牵张应变刺激可以出现多种甚至是相反的实验结果,该文就针对牵张应变对成软骨的增殖、分化和基质的影响略做综述.了解这些特性,将对生物力学刺激下细胞增殖与分化的机制及疾病的预防和治疗有着重要的意义.
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牵张刺激对大鼠骨髓间充质干细胞Ⅰ型和Ⅲ型胶原表达的影响
目的 研究机械刺激对大鼠骨髓间充质干细胞(bone marrow mesehchymal stem cells,BMSCs)分化的影响.方法 对大鼠BMSCs施以10%形变,1 Hz的周期性单向牵张刺激,并检测牵张不同时段后,其Ⅰ型、Ⅲ型胶原mRNA的表达和这2种蛋白的分泌.结果 牵张12 h后,BMSCs Ⅰ型胶原和Ⅲ型胶原mRNA的表达与对照组相比增高有显著差异,24 h后,种胶原蛋白的合成与对照组相比有统计学差别.结论 说明机械刺激可以促进BMSCs合成Ⅰ型胶原和Ⅲ型胶原蛋白.
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牵张应变对小肠Cajal间质细胞起搏电流的作用
目的 研究牵张应变刺激对体外培养的小肠Cajal间质细胞(ICC)起搏电流的影响.方法 利用Ⅱ型胶原酶消化并在含有干细胞因子的SmGM培养基中培养ICC,72h后采用免疫荧光细胞化学方法鉴定培养的ICC.利用传统全细胞记录模式膜片钳技术记录正常小肠ICC起搏电流,然后采用对细胞直接施加正压和灌流低渗溶液的两种方法给细胞膜施加张应变刺激,以观察牵张应变对小肠ICC起搏电流的影响.结果 培养72h后的ICC在光镜下,胞体呈三角形或梭形,且自胞体发出2～4条长突起,并与邻近ICC突起相互连接成网络状;荧光显微镜下观察ICC胞体和突起酪氨酸激酶受体c-kit表达呈阳性;在膜电位钳制在-60mV的条件下,可以记录到自发而节律性内向电流,即起搏电流;在传统全细胞记录模式下,两种张应变刺激均可以激活一种内向电流同时明显增加起搏电流的振幅及频率.结论 牵张应变对胃肠壁的刺激可能作用于胃肠平滑肌节律性运动的起搏细胞ICC并改变其电生理特性,从而调节胃肠平滑肌运动的基础张力和频率.
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牵张应变诱导人牙周膜细胞晚期凋亡的实验研究
目的:研究机械牵张应变对人牙周膜细胞(human periodontal ligament cells,HPDLCs)晚期凋亡的影响.方法:体外培养HPDLCs,利用动态机械应变细胞加载装置对HPDLCs加载1％、10％和20％的动态牵张应变6、12、24和48 h,通过流式细胞仪和激光扫描共聚焦显微镜对经过TUNEL染色的细胞进行晚期凋亡检测.采用SPSS 11.0软件包对数据进行统计学分析.结果:HPDLCs加载后,呈现栅栏状相互平行排列趋势,排列方向垂直于牵张力方向.各应变组细胞的晚期凋亡率在加载24 h时达到该应变组的峰值,且具有一定时间和应变依赖性.结论:通过动态机械应变细胞加载装置对人牙周膜细胞的牵张加载,发现牵张应变可以诱导细胞发生晚期凋亡,具有时间和应变值依赖性,24 h时晚期凋亡率达到峰值.
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动态牵张应变对人牙周膜细胞的细胞骨架的影响
目的 研究动态牵张应变下人牙周膜细胞(HPDLCs)细胞骨架的变化.方法 体外培养HPDLCs,利用动态牵张应变细胞加载装置对HPDLCs分别加载1％、10％和20％的牵张应变,每种应变分别加载7个时间段(0.5、1、2、4、6、12、24 h),应用激光共聚焦显微镜观察HPDLCs细胞骨架的形态结构；收集图像并运用Image-Pro Plus 4.5.0.29软件进行分析,测定HPDLCs的面积、长度与宽度比(长宽比)以及细胞骨架蛋白F-actin的积分荧光强度.结果 激光共聚焦显微镜观察发现:随着加载牵张应变的作用时间延长和应变值提高,HPDLCs细胞逐渐呈现栅栏状相互平行排列趋势,且排列方向垂直于牵张力方向,胞体被拉长.图像分析结果显示:加载动态牵张应变后,HPDLCs的细胞面积、长宽比及F-actin的表达量均发生相应的变化.结论 动态牵张应变可引起HPDLCs细胞骨架的变化,并且与施加应变的大小和应变作用时间有关.
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牵张应变诱导人牙周膜细胞凋亡信号通路初探
目的：通过研究Caspase酶在牵张应变作用下的变化，来初步探讨其引起人牙周膜细胞（ HPDLCs）凋亡的可能机制。方法体外培养HPDLCs，利用动态机械应变细胞加载装置对HPDLCs加载1％、10％和20％的动态牵张应变6、12、24、48 h，利用酶标仪检测Caspase?3活性以及添加Caspase?8和Caspase?9阻断剂后Caspase?3活性。结果 Caspase?3活性具有一定的时间和应变值依赖性，各应变组细胞的Caspase?3活性在加载24 h时达到峰值，Caspase?9阻断剂可以显著降低Caspase?3的活性，而Caspase?8却并没有明显作用同时发现。结论 Caspase?9激活Caspase?3介导的凋亡通路参与了牵张应变诱导HPDLCs的凋亡。
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人牙周膜成纤维细胞的培养及牵张应变诱导凋亡研究
目的:探讨人牙周膜成纤维细胞的分离、培养及在牵张应变作用下发生早期凋亡的情况.方法:刮取健康人前磨牙牙周膜,进行牙周膜成纤维细胞的分离、培养及生长曲线描绘.经3～4代传代培养后,对细胞加载1％～20％的牵张应变,加载时间分别为30 min,1h、6h、12h然后通过流式细胞仪检测Annexin V- FITC(异硫氰酸荧光素)及激光扫描共聚焦显微镜进行细胞的早期凋亡鉴定.结果:人牙周膜成纤维细胞传代到12代以后,细胞逐渐呈衰老生状,胞体变大,细胞生长缓慢.人牙周膜成纤维细胞的凋亡率在30 min组低于对照组,但两者间无统计学差异.在6h内,人牙周膜成纤维细胞的凋亡情况随加载时间和加载应力的增加而增加(P＜0.05).在12 h时所有组的细胞凋亡均减少.结论:人牙周膜成纤维细胞的使用好在12代以内,尤其是3～4代细胞的活力、增殖能力较好.牵张应变可以诱导细胞发生早期凋亡.
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静态牵张应变对人牙周膜成纤维细胞COX-2表达的影响
目的:探讨牵张应变对体外培养的人牙周膜成纤维细胞COx-2表达的影响.方法:牵张应变量设为0%、8%、13%、18%、23%共5组,每组分别加载1 h、8 h、16 h、24 h后收集细胞,免疫组化检测细胞中COX-2的表达,灰度分析并进行统计学处理.结果:8%～18%牵张应变范围,细胞内COX-2表达随着加载时间和应变量的增高而增强,23%应变量作用下COX-2表达降低,且与加载时间无关联.结论:在细胞的生理应变范围(8%、13%、18%)内,静态牵张应变促进人牙周膜成纤维细胞COX-2的表达,当牵张应变量超过生理应变范围(23%),则COX-2的表达量降低.
