间充质干细胞的干性在多级细胞调控中的作用及机制研究

发布时间：2018-01-05 11:22

  本文关键词：间充质干细胞的干性在多级细胞调控中的作用及机制研究　出处：《浙江大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)是中胚层来源的具有干性的细胞,能在增殖的同时保持多向分化潜能,并能在特定情况下诱导分化为多种组织。这一独特的属性为MSCs在组织工程和临床治疗上展示了良好的应用前景。然而目前MSCs在体外增殖过程中仍存在增殖能力和干性逐渐丧失的困扰。因此,了解和认识间充质干细胞干性维持的外在培养条件和内在调节机制已成为当前MSCs研究中的热点和难点。另一方面,间充质干细胞与血管内皮细胞(endothelial cells,ECs)共培养是目前组织工程骨发展策略中的一大焦点。但是MSCs的成骨能力与ECs的成血管效应间的相互作用以及偶联两个进程的内在调控机制仍不明了。本研究通过三种培养基的比较鉴定出有利于MSCs干性维持的培养条件,同时筛选出关键调控基因KLF2并探讨其在MSCs干性维持中的作用。并以此为基础,进一步揭示MSCs的干性维持在MSCs的成骨作用与ECs的成血管效应间所起的主导作用。这一研究从一个新的视角探索了间充质干细胞的干性维持在多级细胞调控中的重要作用,为组织工程新策略的开发提供了重要的指导方向。第一部分间充质干细胞干性维持的体系构建间充质干细胞是一类具有干性的细胞,能够诱导分化为多种组织,因而在组织工程和临床治疗上具有巨大的应用潜力。然而目前MSCs在体外增殖过程中仍存在增殖能力和干性逐渐丧失的困扰。因此,了解和认识间充质干细胞干性维持的外在培养条件和内在关键靶基因已成为当前MSCs研究中的热点和难点。本研究通过比较人间充质干细胞(human mesenchymal stem cells,hMSCs)在三种培养基中细胞形态,增殖能力,表面标志物及分化相关基因的表达分析,鉴定出最有利于hMSCs增殖和干性维持的培养基。在此基础上筛选出与其干性相关的关键基因 KLF2(Kruppel like transcription factor 2),并通过基因沉默实验进一步分析 KLF2对于hMSCs干性维持的作用。结果发现KLF2沉默后,hMSCs的增殖能力,克隆形成能力及三向分化能力均明显下调。基因表达分析显示KLF2沉默的hMSCs,其多能性相关基因的表达量显著下调,而分化相关基因的表达量上调,进一步提示KLF2对于hMSCs干性维持的促进作用。本研究鉴定出有利于人间充质干细胞干性维持的外在培养条件,并进一步揭示其内在调节机制,为hMSCs广泛应用于组织工程和临床治疗提供必要的前期基础。第二部分干性介导间充质干细胞和血管内皮细胞间的协同作用间充质干细胞与血管内皮细胞共培养是目前血管化骨发展策略中的一大焦点。但是MSCs的成骨与ECs的成血管效应间的相互作用以及偶联两个进程的内在调控机制仍不明了。本研究证实人间充质干细胞(human mesenchymal stem cells,hMSCs)与人脐静脉血管内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells,HUVECs)之间能通过一种智能的协同作用来获得更好的骨化,即干性维持的hMSCs能够起始并促进HUVECs的成血管作用并反过来刺激自身的成骨效应。通过前期研究证实,hMSCs的干性维持可由三种不同的培养基以及关键的转录因子KLF2来进行调控。沉默KLF2能够下调hMSCs的干性以及HUVECs的成血管作用,并最终获得较差的成骨效应。机制研究显示干性维持的hMSCs可能通过激活NANOG-OCT4-SOX2这一关键的多能性调控网络,从而诱导bFGF(碱性成纤维生长因子)的释放,从而上调VEGF(血管内皮生长因子)的表达量来共同促进HUVECs的成血管效应。同时,VEGF的上调能够通过作用于HUVECs来调控hMSCs与HUVECs间的交互作用,进而反过来刺激hMSCs的成骨作用。应用水凝胶进行3D(三维)共培养进一步证实干性维持的hMSCs能够促进HUVECs的毛细血管样网络的形成。这一研究揭示了干性介导下hMSCs与HUVECs之间的智能的协同效应,并且对骨组织工程新策略的提出具有深远的影响。
[Abstract]:Mesenchymal stem cells (mesenchymal stem cells, MSCs) is derived from mesoderm dry cells can maintain multilineage differentiation potential in proliferation and differentiation at the same time, for a variety of organizations in certain circumstances. This unique property is MSCs shows a good application prospect in tissue engineering and clinical treatment. However. The proliferation ability and dry gradually lose the problems still exist in the process of the proliferation of MSCs. Therefore, understanding and knowledge of mesenchymal stem cells to maintain the dry cultivation conditions of external and internal regulatory mechanisms has become a hotspot and difficulty in the research of MSCs. On the other hand, mesenchymal stem cells and vascular endothelial cells (endothelial cells, ECs) co culture is currently a major focus of the development strategy in bone tissue engineering. But MSCs osteogenic ability and ECs interaction effect between vascular and coupling process in two The regulation mechanism is still unclear. In this study, through three kinds of culture medium is conducive to identify culture conditions of dry MSCs maintained, while screening out key regulatory gene KLF2 and to explore the role of MSCs in maintaining dry. And on this basis, further reveal the MSCs function and ECs in bone dry maintenance into the play the leading role of the vascular effects between MSCs. This study explored the mesenchymal stem cell self-renewal plays an important role in the regulation of multiple cells from a new perspective, and provides direction for the development of an important new strategy in tissue engineering. The part of mesenchymal stem cells to maintain the dry system construction of mesenchymal stem cell is a kind of dry cell, can differentiate into various tissues, have great potential applications in tissue engineering and clinical treatment. However, so in the process of proliferation of MSCs in vitro There are still proliferation and dry gradually lose problems. Therefore, understanding and knowledge of mesenchymal stem cell culture conditions of external and internal stemness of key target genes has become a hotspot and difficulty in the research of MSCs. This study compares human mesenchymal stem cells (human mesenchymal stem cells, hMSCs) proliferation in three culture medium, cell morphology, expression analysis and differentiation related gene identification of surface markers, the most beneficial medium for proliferation and maintenance of dry hMSCs. On the basis of screening and dry key genes related KLF2 (Kruppel like transcription factor 2), and through the further analysis of KLF2 gene silencing experiments for hMSCs dry to maintain the effect. The results showed that KLF2 gene silencing, hMSCs proliferation, colony formation ability and three differentiation ability were significantly reduced. The analysis showed the gene expression of KLF2 silencing HMSCs, the expression of related genes can be significantly reduced, and the expression of differentiation related genes, further suggesting that KLF2 for hMSCs dry maintain promotion. This study identified in favor of human mesenchymal stem cells self-renewal external culture conditions, and further reveal the internal mechanism for. HMSCs is widely used in tissue engineering and clinical treatment provide a necessary foundation. The second part dry mediated stromal synergistic effect of mesenchymal stem cells and vascular endothelial cells in co culture is currently a major focus of vascularized bone development strategy. Cells and vascular endothelial cells between the bone and ECs but MSCs the interaction effect between the vessel and coupling the two processes of the internal adjustment mechanism is still unclear. This study confirmed that human mesenchymal stem cells (human mesenchymal stem cells, hMSCs) and human umbilical vein Endothelial cells (human umbilical vein endothelial cells, HUVECs) by a synergy between intelligence to get better ossification, dry hMSCs can maintain and promote angiogenesis starting HUVECs and stimulated the osteogenic effect of itself. Through the preliminary study confirmed that hMSCs can keep dry by three different the medium and the key transcription factor KLF2 to regulate vascular function. KLF2 can silence the down-regulation of hMSCs and HUVECs dry, and finally get the osteogenic effect is poor. Research on the mechanism of stemness of hMSCs may display through the activation of NANOG-OCT4-SOX2 which is a key to control network, thereby inducing bFGF (basic fibroblast growth factor) release, upregulation of VEGF (vascular endothelial growth factor) expression to jointly promote the HUVECs into vascular effects. At the same time, the adjustment to VEGF Effect on the interaction of hMSCs between HUVECs and HUVECs, which in turn stimulates osteogenesis of hMSCs. Application of hydrogel 3D (3D) co culture form further confirmed that hMSCs can promote the stemness of HUVECs capillary like network. This study reveals the synergistic effect of dry mediated between hMSCs and intelligent HUVECs, and put forward a new strategy of bone tissue engineering has a profound influence.

【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：R329.2

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