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MSC間充質干細胞的特點、應用領域及細胞培養時細胞因子的選擇

瀏覽次數：1813　發布日期：2024-8-13　來源：本站　僅供參考，謝絕轉載，否則責任自負

什么是MSC細胞？

MSC即間充質干細胞，是一種具有自我更新和多向分化潛能的成體干細胞。它來源于發育早期的中胚層，存在于多種組織中，如骨髓、脂肪、臍帶、胎盤等。

MSC具有以下顯著特點：

1. 自我更新能力：MSC能夠在體外培養條件下不斷增殖，同時保持其干細胞特性，可持續分裂并產生與自身相同的子代細胞。

2. 多向分化潛能：它可以在特定的誘導條件下分化為多種細胞類型。例如，在合適的細胞因子和培養環境下，MSC能夠分化為成骨細胞，參與骨組織的修復和再生，形成具有分泌鈣鹽等功能的成熟骨細胞；能分化為軟骨細胞，構建軟骨組織，分泌軟骨特異性的細胞外基質成分如膠原蛋白Ⅱ等；還能分化為脂肪細胞，儲存和代謝脂肪，細胞內會逐漸積累脂滴并形成具有成熟脂肪細胞形態和功能的細胞。

3. 免疫調節特性：MSC可以調節免疫細胞的功能，例如它能夠抑制T細胞的過度活化，調節B細胞的增殖和抗體分泌，還能影響樹突狀細胞的成熟等。這種免疫調節作用對于治療免疫相關疾病具有重要意義。

4. 旁分泌作用：MSC能夠分泌多種生物活性因子，如生長因子、細胞因子等。這些因子可以促進細胞的存活、增殖和組織修復，還可以調節局部微環境，對周圍細胞產生積極影響。

MSC細胞的應用方向有哪些？

1. 再生醫學領域

組織修復與再生：由于MSC具有多向分化潛能，可用于多種組織的修復和再生。例如，在骨損傷修復中，將培養擴增后的MSC植入骨缺損部位，MSC在合適的微環境下可分化為成骨細胞，促進新骨的形成，加速骨愈合過程。在軟骨損傷治療中，MSC可分化為軟骨細胞，修復受損的軟骨組織，改善關節功能。對于心肌梗死等心血管疾病，MSC有潛力分化為心肌細胞或通過旁分泌作用促進血管新生，改善心臟功能。

皮膚再生：MSC可以促進皮膚細胞的增殖和遷移，有助于傷口的愈合。它還可能參與皮膚附屬器官如毛囊的再生，對于燒傷、慢性潰瘍等皮膚損傷的治療具有潛在應用價值。

2. 疾病治療

自身免疫性疾�。篗SC的免疫調節特性使其在自身免疫性疾病治療中有廣闊前景。如在類風濕關節炎中，MSC可以調節免疫細胞的活性，減輕炎癥反應，緩解關節疼痛和腫脹等癥狀。在系統性紅斑狼瘡中，MSC可能通過抑制自身免疫反應，減少器官損傷，改善患者的病情。

神經系統疾�。簩τ谂两鹕�、阿爾茨海默病等神經系統退行性疾病，MSC移植有望通過分泌神經營養因子、促進神經細胞再生或調節神經炎癥等機制，改善神經功能。在腦卒中等急性神經系統損傷中，MSC也可能通過促進血管新生、減少神經細胞死亡等途徑促進神經功能的恢復。

3. 藥物研發與篩選

在藥物研發過程中，利用培養的MSC可以進行藥物毒性測試。通過觀察藥物對MSC的細胞活力、增殖、分化等方面的影響，評估藥物的潛在毒性，為藥物的安全性評價提供依據。

還可以利用MSC作為細胞模型來篩選具有促進干細胞增殖、分化或具有特定治療作用的藥物。例如，篩選能夠促進MSC向特定細胞類型分化的藥物，為相關疾病的治療提供新的藥物選擇。

4. 基因治療

MSC可以作為基因治療的載體。通過基因工程技術將治療性基因導入MSC中，使其在體內持續表達相應的蛋白產物。例如，將編碼某些生長因子或抗炎癥因子的基因導入MSC，然后將這些經過基因修飾的MSC移植到患者體內，使其在局部持續分泌治療性蛋白，發揮治療作用。這種方法可以提高基因治療的靶向性和安全性，降低免疫排斥反應的風險。

MSC細胞培養涉及到的細胞因子有哪些？

1. 堿性成纖維細胞生長因子（bFGF）：

作用：它對間充質干細胞有很強的促增殖作用。能夠刺激細胞的有絲分裂和細胞存活，促進MSC的生長和繁殖。例如，在培養過程中，bFGF可以維持MSC的未分化狀態，使其保持干性，以便在需要時能夠進行分化。

來源：它可以通過基因工程技術在細菌、酵母等表達系統中生產。

2. 表皮生長因子（EGF）：

作用：對MSC的增殖也有重要作用。它能促進細胞的生長，調節細胞的新陳代謝。在MSC培養中，EGF有助于維持細胞的良好狀態和活性，促進細胞的分裂和數量增加。

來源：可以從動物組織中提取，也可以通過重組技術生產。

3. 血小板衍生生長因子（PDGF）：

作用：在MSC培養中，PDGF可以刺激細胞的遷移和增殖。它對于組織修復過程中MSC向損傷部位的遷移和聚集有重要作用，能夠吸引MSC到達需要修復的區域并促進其增殖以進行修復工作。

來源：可通過生物技術手段制備。

4. 轉化生長因子-β（TGF-β）：

作用：對MSC的分化有重要調節作用。它可以調控MSC向成骨細胞、軟骨細胞等不同細胞類型的分化方向。例如，在適當條件下，TGF-β可以促進MSC向軟骨細胞分化，這對于軟骨組織的修復和再生具有重要意義。

來源：一般通過細胞培養或基因工程等方法獲得。

5. 胰島素樣生長因子（IGF）：

作用：能促進MSC的生長和存活，增強細胞的代謝活性。在培養過程中，IGF可以與其他生長因子協同作用，提高MSC的增殖效率和質量。

來源：可以利用重組DNA技術生產。

MSC 細胞培養中，如何選擇合適的細胞因子？

根據研究目的的不同，大致可以分為兩種，滿足MSC的增殖需求或分化方向。

1. 如果主要目的是大量擴增 MSC，那么像堿性成纖維細胞生長因子（bFGF）和表皮生長因子（EGF）等對促進細胞增殖有顯著作用的細胞因子可能是較好的選擇。例如，bFGF 能夠刺激細胞的有絲分裂和細胞存活，在培養過程中可以顯著增加 MSC 的數量。而 EGF 能促進細胞的生長，調節細胞的新陳代謝，與 bFGF 協同作用可更有效地促進 MSC 的增殖。

實際案例中，在一些基礎研究和臨床前的 MSC 擴增實驗中，常添加 bFGF 和 EGF 來獲得足夠數量的 MSC 用于后續實驗或治療。

2. 若目標是誘導 MSC 向特定細胞類型分化，就需要根據期望的分化方向選擇合適的細胞因子。比如，當希望 MSC 向成骨細胞分化時，骨形態發生蛋白（BMP）家族中的一些成員如 BMP-2、BMP-7 等是常用的選擇，它們可以促進 MSC 向成骨細胞分化，誘導相關基因的表達，促進鈣鹽沉積等成骨細胞的典型特征出現。

當要促使 MSC 向軟骨細胞分化時，轉化生長因子-β（TGF-β）家族的細胞因子尤其是 TGF-β1、TGF-β3 等起著關鍵作用，它們能誘導 MSC 合成軟骨特異性的細胞外基質成分如膠原蛋白Ⅱ等，促進軟骨細胞表型的形成。

本篇小課堂會詳述在MSC的大量擴增中，如何選擇合適的細胞因子。

如何選擇合適的細胞因子來滿足 MSC 的增殖需求？

一、了解促進 MSC 增殖的關鍵細胞因子及其作用機制

堿性成纖維細胞生長因子（bFGF）：bFGF 是一種對 MSC 增殖有重要促進作用的細胞因子。它通過與 MSC 表面的受體結合，激活細胞內的信號傳導通路，如絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路等。這些信號通路的激活會促使細胞進入細胞周期，促進細胞的有絲分裂和增殖。例如，bFGF 可以刺激 MSC 從 G0/G1 期進入 S 期，增加 DNA 的合成和細胞分裂，從而提高 MSC 的數量。

在培養過程中，bFGF 還能維持 MSC 的未分化狀態，使其在增殖的同時保持干細胞的特性，為后續的應用提供更多的可能性。

表皮生長因子（EGF）：EGF 同樣在 MSC 增殖中發揮關鍵作用。它與 MSC 表面的表皮生長因子受體（EGFR）結合后，激活下游信號通路，如磷脂酰肌醇 3-激酶（PI3K）/蛋白激酶 B（Akt）通路等。這些信號通路的激活可以促進細胞的生長、存活和增殖。例如，EGF 可以促進 MSC 中蛋白質的合成，增強細胞的代謝活性，進而推動細胞的增殖。

EGF 與 bFGF 協同作用時，效果更為顯著。它們可以共同調節 MSC 的增殖相關基因的表達，進一步提高 MSC 的增殖速率。

血小板衍生生長因子（PDGF）：PDGF 對 MSC 的增殖也有積極影響。它有多種亞型，如 PDGF-AA、PDGF-BB 等。PDGF 與 MSC 表面的相應受體結合后，能夠激活細胞內的信號傳導，促進細胞的遷移和增殖。在組織修復過程中，PDGF 可以吸引 MSC 向損傷部位遷移，并在局部刺激 MSC 的增殖，有助于組織的再生和修復。例如，在皮膚創傷修復中，PDGF 可以促進 MSC 向創傷部位聚集并增殖，加速傷口的愈合。

二、考慮細胞來源及特性對細胞因子選擇的影響

1. 不同組織來源的 MSC

骨髓來源的 MSC：對于骨髓來源的 MSC，bFGF 和 PDGF 可能相對更為重要。因為骨髓微環境相對復雜，MSC 在其中的生存和增殖需要多種信號的調節。bFGF 可以維持骨髓 MSC 的干性和增殖能力，而 PDGF 有助于 MSC 在骨髓中的遷移和局部增殖，以應對骨髓中的生理和病理變化。例如，在某些骨髓疾病或損傷的修復過程中，通過添加合適的 bFGF 和 PDGF 可以促進骨髓 MSC 的增殖，從而有助于骨髓組織的再生。

脂肪來源的 MSC：脂肪來源的 MSC 對細胞因子的反應可能與骨髓來源的有所不同。EGF 和 bFGF 對脂肪來源的 MSC 的增殖作用可能更為明顯。脂肪組織相對富含血管和生長因子，MSC 在這種環境中的增殖可能更依賴于與細胞生長和代謝相關的細胞因子。例如，在體外培養脂肪來源的 MSC 時，適當增加 EGF 和 bFGF 的濃度，可能會顯著提高 MSC 的增殖速率，并且有助于維持其細胞活性。

臍帶來源的 MSC：臍帶來源的 MSC 具有較強的增殖能力，其對細胞因子的需求可能相對較低。然而，bFGF 和 EGF 等細胞因子仍然可以進一步促進其增殖。在培養臍帶 MSC 時，較低濃度的 bFGF 和 EGF 可能就足以維持其快速增殖。此外，臍帶 MSC 的免疫原性較低，這些細胞因子在維持其免疫調節特性的同時促進增殖，對于其在臨床應用中的優勢發揮具有重要意義。

2. MSC 的個體差異

即使是同一來源的 MSC，不同個體之間也存在差異。有些 MSC 可能天然具有較高的增殖活性，對細胞因子的需求相對較低。而對于增殖能力較弱的 MSC，可能需要更優化的細胞因子組合來刺激其增殖。例如，在臨床應用中，從不同患者獲取的自體 MSC 可能具有不同的增殖特性。對于增殖能力較弱的患者來源的 MSC，可以通過調整 bFGF、EGF 和 PDGF 等細胞因子的比例和濃度，來尋找最適合該患者 MSC 增殖的條件，以獲得足夠數量的細胞用于治療。

三、結合培養條件選擇細胞因子

1. 基礎培養基的影響

不同的基礎培養基成分會影響細胞因子對 MSC 增殖的作用效果。例如，某些基礎培養基中可能已經含有一些低濃度的生長因子類似物或營養成分，這會與添加的細胞因子相互作用。如果基礎培養基中含有類似 bFGF 活性的成分，在添加外源性 bFGF 時就需要謹慎調整濃度，以避免過度刺激 MSC 導致異常分化或其他不良影響。

常見的基礎培養基如 DMEM（Dulbecco's Modified Eagle Medium）和 α-MEM（α-Minimum Essential Medium）等，它們的成分差異會影響細胞因子的選擇和使用。在使用 DMEM 培養 MSC 時，可能需要根據其營養成分特點，適當調整 EGF 和 PDGF 等細胞因子的添加量，以達到最佳的增殖效果。而在 α-MEM 中培養 MSC 時，可能需要關注 bFGF 與其他細胞因子的協同作用，以促進 MSC 的穩定增殖。

2. 培養環境因素的影響

培養環境中的氧氣濃度、溫度、pH 值等因素也會與細胞因子共同影響 MSC 的增殖。例如，在低氧環境下，MSC的代謝和對細胞因子的反應會發生改變。一些研究表明，在低氧條件下，MSC 對 bFGF 和 PDGF 的敏感性增加，適當降低氧氣濃度并添加這些細胞因子可能更有利于 MSC 的增殖。

溫度和 pH 值的變化也可能影響細胞因子與 MSC 表面受體的結合以及后續的信號傳導過程。一般來說，MSC 培養在 37℃、5% CO₂的培養箱中，pH 值維持在 7.2 - 7.4 較為合適。如果培養環境的這些參數發生偏差，可能需要調整細胞因子的使用策略來適應變化，例如在 pH 值略高或略低的情況下，可能需要適當調整 EGF 的濃度，以保證 MSC 的正常增殖。

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