水凝胶刚度影响髓核细胞表型及其功能的体内外研究

• Published in: 上海交通大学学报（医学版） Vol. 43; no. 7; pp. 804 - 813
• Main Authors: 陈泽昊, 吕振东, 张震, 崔文国, 张煜辉
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 上海交通大学医学院附属瑞金医院骨科,上海市伤骨科研究所,上海市中西医结合防治骨与关节病损重点实验室,上海 200025%上海交通大学医学院附属仁济医院脊柱外科,上海 200127%上海大学机电工程与自动化学院,上海 200072%上海交通大学医学院附属瑞金医院骨科,上海市伤骨科研究所,上海市中西医结合防治骨与关节病损重点实验室,上海 200025%上海大学机电工程与自动化学院,上海 200072 28.07.2023; 上海交通大学医学院附属仁济医院脊柱外科,上海 200127; 上海大学机电工程与自动化学院,上海 200072
• Subjects: Yes-associated protein(YAP); intervertebral disc degeneration; 髓核细胞; hydrogel; 刚度; 椎间盘退变; Yes相关蛋白; stiffness; 水凝胶; nucleus pulposus cell
• ISSN: 1674-8115
• DOI: 10.3969/j.issn.1674-8115.2023.07.002

R681.5; 目的·探究水凝胶刚度对髓核细胞表型及其治疗大鼠椎间盘退变功能的影响.方法·构建不同浓度甲基丙烯酸酯明胶(methacrylate gelatin,GelMA)的水凝胶,使用流变分析和单轴压缩实验检测其刚度,扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)观察其微观结构和形态.将具有正常表型的髓核细胞接种于GelMA水凝胶表面,活/死细胞染色评价水凝胶的生物相容性,鬼笔环肽染色观察髓核细胞在不同刚度培养基质上的生长形态.免疫荧光染色追踪髓核细胞Yes相关蛋白(Yes-associated protein,YAP)的核定位,实时定量PCR检测髓核细胞相关基因[神经细胞黏附分子1(neural cell adhesion molecule 1,Ncam-1)、聚集蛋白聚糖(aggrecan,Acan)和Y染色体性别决定区(sex-determing region of Y chromosome,SRY)-盒转录因子9(SRY-box transcription factor 9,Sox9)]的表达水平.建立大鼠尾椎针刺椎间盘退变模型,获取不同培养基上的髓核细胞并分别注射到退变椎间盘中,4周后行磁共振成像检测,分析各实验组椎间盘含水量,组织学方法检测椎间盘结构和蛋白聚糖水平.结果·当GelMA预聚溶液浓度为4%和15%时,所得水凝胶的弹性模量分别为1 kPa和200 kPa.SEM显示水凝胶均呈疏松多孔结构,且水凝胶的孔隙率随其刚度增加而显著降低.体外实验显示2种刚度的GelMA水凝胶基质均有良好的生物相容性.相较于硬水凝胶基质(15%GelMA),软水凝胶基质(4%GelMA)上培养的髓核细胞伸长率更低、扩散面积更小,并表现出YAP在细胞质聚集的趋势.髓核细胞相关基因表达检测显示:软水凝胶基质组Sox9、Acan和Ncam-1的水平分别是对照组的23.7、6.6和12.7倍.体内实验显示,用不同刚度基质培养的髓核细胞治疗退变椎间盘,软水凝胶基质组的椎间盘含水量及结构完整度均高于硬水凝胶基质组.结论·相比于高刚度GelMA水凝胶,低刚度水凝胶基质能更好地维持髓核细胞的生长表型,并使其发挥更好的治疗椎间盘退变的功效.