脊髓损伤(spinalcordinjury,SCI)具有致残率 高、后期康复及生活负担重等特点,骨髓间充质干细 胞(bonemarrowstemcells,BMSCs)作为种子细胞 定向移植可 促 进 SCI修 复 及 功 能 恢 复 已 得 到 广 泛 的证实。但是,BMSCs定向移植后因细胞生长环 境改变、脊髓原发性损伤炎性反应以及脊髓损伤后 相关抑制性信号通路开放所致继发性损伤导致移植 细胞出现凋亡、生长缓慢、分化抑制等难题。相 关文献认为继发性损伤所导致的病理生理变化对神 经功能恢复起决定性作用,而相关抑制性信号通路 开放所致趋 化 因 子 和 细 胞 因 子 的 活 化 正 是 SCI后招募、激活炎性细胞的扳机点,从而进一步加重 SCI 的继发性损 伤。
1 材料与方法
1.1 实验动物及分组
选 取5只 周 龄 为3~4周、 体质量为100g健 康 雄 性 SD 大 鼠 用 于 BMSCs的 提取,选取80只周龄为8周、体质量300g雄性SD 大鼠用于制作模型。SD大鼠均为清洁级,由新疆医 科大学动物饲养中心提供,本研究经新疆医科大学 第一 附 属 医 院 动 物伦理委员会批准 (编 号: IACUC20161208-05)。将80只 大 鼠 根 据 不 同 实 验 干预措 施 随 机 分 为 SCI模 型 组、BMSCs移 植 组、 Fasdiual治疗组、联合治疗组(20只/组)。
1.2 试剂及仪器设备
胎牛血清、低糖 DMEM 培 养基、PBS缓冲液、双抗、0.5%胰蛋白酶(美国 Hy- clone公司);神经元性特异性烯醇化酶(NSE)抗体、 胶质纤维酸性蛋白(GFAP)抗体及四甲基异硫氰酸 罗丹明(TRITC)标记的羊抗兔IgG 抗体、二脒基苯 基吲哚(DAPI)复染液(武汉博士德公司),神经丝蛋 白(NF200)抗 体(北 京 博 奥 森 公 司)。超 净 工 作 台 (苏净安泰),高速离心机(美国 Thermo公司)倒 置 相差显微镜(CarlZeiss),恒温培养箱(上海九州网址医疗股份有限公司),图像采集设备(feciaDM3000)。
1.3 BMSCs的提取、培养、纯化及鉴定
无菌条件 下取出5只周龄3~4周、体质量为100g大鼠的双 侧股骨及胫骨,置 于5%双 抗 的 DMEM 中,用 低 糖 DMEM 反复冲洗骨髓腔,反 复 吹 打 成 单 细 胞 悬 液, 清洗、离心细 胞2 次 去 除 肉 眼 可 见 的 杂 质 及 油 脂。 用含体积分数12%胎牛血清的 DMEM 制作单细胞 悬液接种于 培 养 瓶 中,置 于37℃、5% CO2 恒 温 培 养箱中培 养,72h 首次换液弃去未贴壁的 悬浮细 胞,之 后 每 3 天 换 一 次 液,当 细 胞 生 长 至 80% ~ 90%时,进行胰酶消化传代(1∶3传代),第3代 细 胞已经去除非贴壁的骨髓造血干细胞,得到纯化的 BMSCs,使用流式细胞计数进行检测。移植前用毛 细吸管反复吹打分离细胞,制作单细胞悬液,PBS洗 涤2次,调整细胞密度为1×106 个/μL,移植备用。
1.4 SCI大鼠模型制作
取SD大鼠用10%水合氯 醛腹腔注射 麻 醉(300 mg/kg)后,麻 醉 生 效 后 固 定 于解剖板上备皮消毒,以胸10为中心做5cm 长切 口,逐层分离暴露胸9、10、11棘突和椎板,咬除棘突 及椎板充分暴露脊髓。根据改良 Allen法用5g砝 码从16cm 高度通过适当粗细的玻璃试管自由下 落,砝码柄端朝下,打击面积约3.0mm2。砝码自由 落下打击到脊髓时大鼠迅速出现双下肢回缩扑动及 摆尾动作,随后出现迟缓性瘫痪,迅速移除砝码后可 见脊髓充血 水 肿,提 示 SCI模 型 制 作 成 功,生 理 盐 水冲洗后逐层关闭切口。术后膀胱按摩3~5次/d, 促进反射性排尿至恢复正常排尿,20万 U/kg青霉 素皮下注射3~5d预防切口及泌尿系感染。
1.5 干预方法
SCI模型组:脊髓损伤模型制作成 功后 逐 层 关 闭 切 口,30 min 后 腹 腔 注 射 1 mL 的 0.9%氯化钠注射液。BMSCs移植组:脊髓损伤模型 制作成功后30min腹腔注射1mL的0.9%氯化钠注 射液,术后5d沿原切口切开暴露脊髓损伤节段,硬 膜下注射10μL的1×106/μL骨髓间充质干细胞单 细胞悬液。Fasdiual治疗组:脊髓损伤模型制作成功 后30min腹腔注射1mL的Fasdiual(0.85mg/kg), 术后5d沿原切口切开暴 露 脊 髓 损 伤 节 段,硬 膜 下 注射10μL0.9%氯化钠注射液。联合治疗组:脊髓 损伤模型制作成功后 30 min 腹 腔 注 射1mL Fasdiual(0.85mg/kg),术后5d天沿原切口切开暴 露脊髓损伤节段,硬膜下注射10μL1×106 个/μL骨 髓间充质干细胞单细胞悬液。
1.6 运动功能评分
由 本 课 题 组2名 研 究 人 员 采 用 BBB(basso-beattie-bresnahan)评 分 法 分 别 于 SCI术后第1、7、14、21、28天同一时间段对各组大鼠 后肢运动功能进行评分,评分范围0~21分,0分为无 后肢运动,21分为后肢正常运动,评分取平均值。
1.7 组织学观察
SCI术后第28天各组大鼠腹腔 注射10%水合氯醛,麻醉处死各 组 SCI大 鼠,按 原 切口进入,以损伤脊髓节段为中心切取约1cm 长度 完整脊髓组织,置于4%多聚甲醛固定48h,常规梯 度脱水、石蜡包埋。取蜡块制片,厚度4μm,60℃烤 箱烤片过夜备用。切片经脱蜡、脱水、透明后分别进 行 HE、免疫组 织 化 学、免 疫 荧 光 染 色,镜 下 观 察 脊 髓标 本 形 态 学 结 构 以 及 NSE、NF200、GFAP 的 表达。
1.8 免疫组织化
学 半 定 量 分 析 采 用Image-Rro- Plus图像分析软件对免疫组织化学染色结果进行 分析,根据阳性染色细胞及染色强度计算出光密度 值,用于后续统计分析。
1.9 统计学处理
数据采 用 SPSS17.0软 件 进 行 统计分析,服从正态分布的计量资料以均数±标准 差 (x- ±s)表示,组间比较采用方差分析,组间两两 比较 采 用 SNK-q,以 P <0.05 为差异有统计学 意义。
2 结果
初次换液后原代细胞呈集 落分布于培养瓶,经传代后均匀生长,3代细胞均匀 分布,细胞呈梭形。3代细胞表型 CD29、CD45的阳 性率分别为82.4%、2.0%,见图1。
各 组 SCI大 鼠 术 后1d评 分 均 位 于较低水平,运动范围为无运动到1~2个关节的轻 微运动,术后1~28d各组 SCI大鼠运动功能均有 改善,以术后14~28d改 善 幅 度 相 对 较 大,以 联 合治疗组运动改善效果最佳,联合治疗组在损伤第14 天开始SCI大鼠 BBB评分逐渐优于其余治疗组,且 差异有统计学意义 (P <0.05),见表1。SCI术后第28天观察各组标本 HE 结果显示联合治疗组脊髓伤修复效果明显,脊髓空洞面积最 小,其 次 为 BMSCs移 植 组 和 Fasdiual治 疗组,而SCI模 型 组 空 洞 面 积 最 大,损 伤 组 织 的 修 复效果较差,见图2。BMSCs移植组、Fasdiual治疗 组和联合治 疗 组 分 别 与 SCI模 型 组 相 比 差 异 均 有 统计学意义 (P <0.05),见表2。
3 讨论
脊髓损伤(SCI)由初始的原发性和渐进的继发 性两部分损伤共同所致。目前,因各种外伤 因 素 造成脊髓结构破坏的原发性损伤还无法可控,仅限 于手术解除压迫为脊髓恢复创造有利条件;然而,以 脊髓水肿、炎症反应、神经细胞凋亡、神经元不能再 生一系列联动的继发性损伤是可以干预的,也是当 前解决脊髓损伤再生修复的研究方向。脊髓损伤 后轴突再生和正确靶向是损伤后脊髓修复与功能重 建的难点,干细胞移植治疗脊髓损伤能很好解决这一难题,其 中 的 BMSCs定 向 分 化 移 植 是 最 具 应 用 前景之一。但 由 于 BMSCs移 植 于 损 伤 脊 髓 后 会继发性损伤出现移植细胞生存率下降、生长缓慢、 定向分化抑制等不利的方面。所以,本课题以此为 据点进行研究。