脊髓損傷(spinalcordinjury,SCI)具有致殘率 高、后期康復(fù)及生活負(fù)擔(dān)重等特點(diǎn),骨髓間充質(zhì)干細(xì) 胞(bonemarrowstemcells,BMSCs)作為種子細(xì)胞 定向移植可 促 進(jìn) SCI修 復(fù) 及 功 能 恢 復(fù) 已 得 到 廣 泛 的證實(shí)。但是,BMSCs定向移植后因細(xì)胞生長環(huán) 境改變、脊髓原發(fā)性損傷炎性反應(yīng)以及脊髓損傷后 相關(guān)抑制性信號通路開放所致繼發(fā)性損傷導(dǎo)致移植 細(xì)胞出現(xiàn)凋亡、生長緩慢、分化抑制等難題。相 關(guān)文獻(xiàn)認(rèn)為繼發(fā)性損傷所導(dǎo)致的病理生理變化對神 經(jīng)功能恢復(fù)起決定性作用,而相關(guān)抑制性信號通路 開放所致趨 化 因 子 和 細(xì) 胞 因 子 的 活 化 正 是 SCI后招募、激活炎性細(xì)胞的扳機(jī)點(diǎn),從而進(jìn)一步加重 SCI 的繼發(fā)性損 傷。
1 材料與方法
1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物及分組
選 取5只 周 齡 為3~4周、 體質(zhì)量為100g健 康 雄 性 SD 大 鼠 用 于 BMSCs的 提取,選取80只周齡為8周、體質(zhì)量300g雄性SD 大鼠用于制作模型。SD大鼠均為清潔級,由新疆醫(yī) 科大學(xué)動(dòng)物飼養(yǎng)中心提供,本研究經(jīng)新疆醫(yī)科大學(xué) 第一 附 屬 醫(yī) 院 動(dòng) 物倫理委員會(huì)批準(zhǔn) (編 號: IACUC20161208-05)。將80只 大 鼠 根 據(jù) 不 同 實(shí) 驗(yàn) 干預(yù)措 施 隨 機(jī) 分 為 SCI模 型 組、BMSCs移 植 組、 Fasdiual治療組、聯(lián)合治療組(20只/組)。
1.2 試劑及儀器設(shè)備
胎牛血清、低糖 DMEM 培 養(yǎng)基、PBS緩沖液、雙抗、0.5%胰蛋白酶(美國 Hy- clone公司);神經(jīng)元性特異性烯醇化酶(NSE)抗體、 膠質(zhì)纖維酸性蛋白(GFAP)抗體及四甲基異硫氰酸 羅丹明(TRITC)標(biāo)記的羊抗兔IgG 抗體、二脒基苯 基吲哚(DAPI)復(fù)染液(武漢博士德公司),神經(jīng)絲蛋 白(NF200)抗 體(北 京 博 奧 森 公 司)。超 凈 工 作 臺 (蘇凈安泰),高速離心機(jī)(美國 Thermo公司)倒 置 相差顯微鏡(CarlZeiss),恒溫培養(yǎng)箱(上海博迅醫(yī)療股份有限公司),圖像采集設(shè)備(feciaDM3000)。
1.3 BMSCs的提取、培養(yǎng)、純化及鑒定
無菌條件 下取出5只周齡3~4周、體質(zhì)量為100g大鼠的雙 側(cè)股骨及脛骨,置 于5%雙 抗 的 DMEM 中,用 低 糖 DMEM 反復(fù)沖洗骨髓腔,反 復(fù) 吹 打 成 單 細(xì) 胞 懸 液, 清洗、離心細(xì) 胞2 次 去 除 肉 眼 可 見 的 雜 質(zhì) 及 油 脂。 用含體積分?jǐn)?shù)12%胎牛血清的 DMEM 制作單細(xì)胞 懸液接種于 培 養(yǎng) 瓶 中,置 于37℃、5% CO2 恒 溫 培 養(yǎng)箱中培 養(yǎng),72h 首次換液棄去未貼壁的 懸浮細(xì) 胞,之 后 每 3 天 換 一 次 液,當(dāng) 細(xì) 胞 生 長 至 80% ~ 90%時(shí),進(jìn)行胰酶消化傳代(1∶3傳代),第3代 細(xì) 胞已經(jīng)去除非貼壁的骨髓造血干細(xì)胞,得到純化的 BMSCs,使用流式細(xì)胞計(jì)數(shù)進(jìn)行檢測。移植前用毛 細(xì)吸管反復(fù)吹打分離細(xì)胞,制作單細(xì)胞懸液,PBS洗 滌2次,調(diào)整細(xì)胞密度為1×106 個(gè)/μL,移植備用。
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 于解剖板上備皮消毒,以胸10為中心做5cm 長切 口,逐層分離暴露胸9、10、11棘突和椎板,咬除棘突 及椎板充分暴露脊髓。根據(jù)改良 Allen法用5g砝 碼從16cm 高度通過適當(dāng)粗細(xì)的玻璃試管自由下 落,砝碼柄端朝下,打擊面積約3.0mm2。砝碼自由 落下打擊到脊髓時(shí)大鼠迅速出現(xiàn)雙下肢回縮撲動(dòng)及 擺尾動(dòng)作,隨后出現(xiàn)遲緩性癱瘓,迅速移除砝碼后可 見脊髓充血 水 腫,提 示 SCI模 型 制 作 成 功,生 理 鹽 水沖洗后逐層關(guān)閉切口。術(shù)后膀胱按摩3~5次/d, 促進(jìn)反射性排尿至恢復(fù)正常排尿,20萬 U/kg青霉 素皮下注射3~5d預(yù)防切口及泌尿系感染。
1.5 干預(yù)方法
SCI模型組:脊髓損傷模型制作成 功后 逐 層 關(guān) 閉 切 口,30 min 后 腹 腔 注 射 1 mL 的 0.9%氯化鈉注射液。BMSCs移植組:脊髓損傷模型 制作成功后30min腹腔注射1mL的0.9%氯化鈉注 射液,術(shù)后5d沿原切口切開暴露脊髓損傷節(jié)段,硬 膜下注射10μL的1×106/μL骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞單 細(xì)胞懸液。Fasdiual治療組:脊髓損傷模型制作成功 后30min腹腔注射1mL的Fasdiual(0.85mg/kg), 術(shù)后5d沿原切口切開暴 露 脊 髓 損 傷 節(jié) 段,硬 膜 下 注射10μL0.9%氯化鈉注射液。聯(lián)合治療組:脊髓 損傷模型制作成功后 30 min 腹 腔 注 射1mL Fasdiual(0.85mg/kg),術(shù)后5d天沿原切口切開暴 露脊髓損傷節(jié)段,硬膜下注射10μL1×106 個(gè)/μL骨 髓間充質(zhì)干細(xì)胞單細(xì)胞懸液。
1.6 運(yùn)動(dòng)功能評分
由 本 課 題 組2名 研 究 人 員 采 用 BBB(basso-beattie-bresnahan)評 分 法 分 別 于 SCI術(shù)后第1、7、14、21、28天同一時(shí)間段對各組大鼠 后肢運(yùn)動(dòng)功能進(jìn)行評分,評分范圍0~21分,0分為無 后肢運(yùn)動(dòng),21分為后肢正常運(yùn)動(dòng),評分取平均值。
1.7 組織學(xué)觀察
SCI術(shù)后第28天各組大鼠腹腔 注射10%水合氯醛,麻醉處死各 組 SCI大 鼠,按 原 切口進(jìn)入,以損傷脊髓節(jié)段為中心切取約1cm 長度 完整脊髓組織,置于4%多聚甲醛固定48h,常規(guī)梯 度脫水、石蠟包埋。取蠟塊制片,厚度4μm,60℃烤 箱烤片過夜備用。切片經(jīng)脫蠟、脫水、透明后分別進(jìn) 行 HE、免疫組 織 化 學(xué)、免 疫 熒 光 染 色,鏡 下 觀 察 脊 髓標(biāo) 本 形 態(tài) 學(xué) 結(jié) 構(gòu) 以 及 NSE、NF200、GFAP 的 表達(dá)。
1.8 免疫組織化
學(xué) 半 定 量 分 析 采 用Image-Rro- Plus圖像分析軟件對免疫組織化學(xué)染色結(jié)果進(jìn)行 分析,根據(jù)陽性染色細(xì)胞及染色強(qiáng)度計(jì)算出光密度 值,用于后續(xù)統(tǒng)計(jì)分析。
1.9 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理
數(shù)據(jù)采 用 SPSS17.0軟 件 進(jìn) 行 統(tǒng)計(jì)分析,服從正態(tài)分布的計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn) 差 (x- ±s)表示,組間比較采用方差分析,組間兩兩 比較 采 用 SNK-q,以 P <0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué) 意義。
2 結(jié)果
初次換液后原代細(xì)胞呈集 落分布于培養(yǎng)瓶,經(jīng)傳代后均勻生長,3代細(xì)胞均勻 分布,細(xì)胞呈梭形。3代細(xì)胞表型 CD29、CD45的陽 性率分別為82.4%、2.0%,見圖1。
各 組 SCI大 鼠 術(shù) 后1d評 分 均 位 于較低水平,運(yùn)動(dòng)范圍為無運(yùn)動(dòng)到1~2個(gè)關(guān)節(jié)的輕 微運(yùn)動(dòng),術(shù)后1~28d各組 SCI大鼠運(yùn)動(dòng)功能均有 改善,以術(shù)后14~28d改 善 幅 度 相 對 較 大,以 聯(lián) 合治療組運(yùn)動(dòng)改善效果最佳,聯(lián)合治療組在損傷第14 天開始SCI大鼠 BBB評分逐漸優(yōu)于其余治療組,且 差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 (P <0.05),見表1。SCI術(shù)后第28天觀察各組標(biāo)本 HE 結(jié)果顯示聯(lián)合治療組脊髓傷修復(fù)效果明顯,脊髓空洞面積最 小,其 次 為 BMSCs移 植 組 和 Fasdiual治 療組,而SCI模 型 組 空 洞 面 積 最 大,損 傷 組 織 的 修 復(fù)效果較差,見圖2。BMSCs移植組、Fasdiual治療 組和聯(lián)合治 療 組 分 別 與 SCI模 型 組 相 比 差 異 均 有 統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 (P <0.05),見表2。
3 討論
脊髓損傷(SCI)由初始的原發(fā)性和漸進(jìn)的繼發(fā) 性兩部分損傷共同所致。目前,因各種外傷 因 素 造成脊髓結(jié)構(gòu)破壞的原發(fā)性損傷還無法可控,僅限 于手術(shù)解除壓迫為脊髓恢復(fù)創(chuàng)造有利條件;然而,以 脊髓水腫、炎癥反應(yīng)、神經(jīng)細(xì)胞凋亡、神經(jīng)元不能再 生一系列聯(lián)動(dòng)的繼發(fā)性損傷是可以干預(yù)的,也是當(dāng) 前解決脊髓損傷再生修復(fù)的研究方向。脊髓損傷 后軸突再生和正確靶向是損傷后脊髓修復(fù)與功能重 建的難點(diǎn),干細(xì)胞移植治療脊髓損傷能很好解決這一難題,其 中 的 BMSCs定 向 分 化 移 植 是 最 具 應(yīng) 用 前景之一。但 由 于 BMSCs移 植 于 損 傷 脊 髓 后 會(huì)繼發(fā)性損傷出現(xiàn)移植細(xì)胞生存率下降、生長緩慢、 定向分化抑制等不利的方面。所以,本課題以此為 據(jù)點(diǎn)進(jìn)行研究。