・1182・主堡焦验医堂塞壶塑§生!Q旦墓≥!鲞筮!Q期£bi望』!尘丛盟,Q!!!垒笪!螋!。y丛21,丛垒!Q.基础实验诊断研究・冻存神经干细胞移植治疗大鼠脊髓损伤的实验研究陈君张学利江汉刘蕊郑晓莉田成瑞【摘要】目的研究冻存大鼠胚胎神经干细胞(NSCs)异体移植对脊髓损伤(SCI)的修复作用。方法45只Wistar大鼠于SCI后2d随机分为A、B、C3组,每组15只,分别在SCI处注入相同体积的生理盐水、NSCs、低温冻存后复苏的NSCs。术后分别通过免疫组化和组织切片鉴定移植细胞的分化与存活、BBB运动评分和斜板实验评定大鼠功能恢复,细胞存活率,以及评价NSCs低温冻存情况。结果免疫组化及组织切片显示,B、c组在移植区均有NSCs的特异性表达nestin阳性细胞存活,而A组无表达;脊髓空洞面积A组[(3.9±0.1)mm2]与B组[(1.2±0.3)mm2]和C组[(1.1±0.3)mm2]比较,组间差异有统计学意义(F=423.949,P<0.01),而B、C组间的差异无统计学意义(P>O.05)。BBB评分:A组[(2.0士O.5)分]与B组[(16.4±0.8)分]和C组[(16.0±1.4)分]间的差异有统计学意义(F=970.157,P<0.01),但B、C组间差异无统计学意义(P>0.05);斜板实验评分:A组[(31.3±2.9)度]与B组[(46.8±2.1)度]和C组[(46.5±2.4)度]间的差异有统计学意义(F=151.099,P<0.01),B、C组间差异无统计学意义(P>0.05)。低温冻存后复苏液的NSCs细胞存活率[(55.9±5.2)%]与未冻存[(65.1±3.4)%]差异无统计学意义(t=3.334,P>0.05)。结论冻存NSCs复苏后仍具有活跃的增殖和分化潜能,是SCI移植治疗有价值的细胞资源。【关键词】冻存;神经干细胞;复苏;脊髓损伤;移植experimentalstudyofcryopreservedneuralstemcellstransplantingCHENTheonWistarratspinalcordinjuryJun,ZHANGXue—li,JIANGHan,LIURui,ZHENGXiao—li,TIANCheng一九正DepartmentPeopleoflaboratory,TianjinCorrespondingHo印ital,Tianjin300121,Chinaauthor:CHENJun,Email:rmyycj@163.cornObjectiveToobservethetherapeuticeffectof45spinal【Abstract】intocordwereinjury(SCI)byrandomlydividedtransplantationcryopreservedneuralstemceils(NSCs).MethodsWistarratsthreegroups,witII15ratsineachgroup.TransplantationswerecarriedouttwodaysafterSCI,groupA:0.9%salinewater。groupB:NSCs,groupC:cryopreservedNSCs.Afterthetransplantation,immunohistochemicalandtissueincisionwereappearedtodetectthesurvivalanddifferentiationofthetransplantedceilsinnivo,andthemethodsofBBBandobliqueplatewereusedtoestimatetherecoveryofATheinjuriedspinalcordA[(3.9±0.1)int02],B[(I.2±0.3)Inffl2]andC[(1.I±0.3)mm2],therewasanvarianceinthethreegroupsfunction.ResultsGroupBandCallhadactiveNSCsexceptgroup(F=423.949,P<0.01),BBBtest:groupA[(2.0±0.5)mark],B[(16.4±0.8)mark]andC[(16.0±1.4)mark],therew88anvarianceinthethreegroups(F=970.157,P<0.01),theobliqueplatetest:groupA[(31.3±2.9)degree],B[(46.8±2.1)degree]andC[(46.5.4-2.4)degree],therewagallvarianceinthethreegroups(F=151.099,P<O.01),thetestsdemonstratetherewerenovarianceingroupBandC(allP>0.05),therewag110novarianceinli、,ingratebetweenthecryopreservedNSCsgroup[(55.9±5.2)%]andNSCskeeptheabilityofreproduedoneryopreserved[(65.1±3.4)%,t=3.334,P>0.05].Conclusionsanddifferentiation.NSCsisakindofvaluablecellNeuralstemcells;Resuscitation;CryopreservedresoureeforthetherapyofSCI.【Keywords】TransplantationCryopreserved;spiIlalcordinjury;脊髓损伤后再生能力受限主要是缺乏诱导和促进神经再生的微环境,而非损伤的轴突本身不具有再生能力,人们长期以来采用不同神经细胞进行移植,在不同程度上促进了脊髓神经轴突的再生,胚胎作者单位:300121天津市人民医院检验科通讯作者:陈君,电子信箱:rmyycj@163.com神经干细胞(NSCs)作为近年来的研究热点‘m3取得万方数据虫垡撞壁匡堂熬溢!塑!生!Q屋差21鲞筮!垒塑垦塾垫{l坐丛生:妣娩b墼2盟§:X畦!!。丛垒!Q了骄入的成果。但如何使脊髓损伤(SCI)患者更方便、快捷地获得脊髓移植,为治疗赢得时间,降低死亡率,仍是亟需解决的重要闰题。隽魏本研究采震Wistar大鼠进行实验研究,为临床治疗SCI以及构建不同类型的神经细胞库提供实验依据。材料与方法一、实验动物与分组选取成年Wistar大鬣45廷,体重200—250g,按Allen打击法致动物SCI。成功标准:打击的脊髓组织水肿、出血,尾巴出现痉挛性摆动,双后肢及躯体霞缩样羚动,呈弛缓性瘫痪。SCI表现为双后驶截瘫,小便潴留,伴腹肌麻痹,体温降低等并发症状。随机分为A、B、C3组,每组15只,于SCI艨2d分剃移植lO一生理盐求、NSCs爨液、低温冻存后复苏的NSCs悬液。但动物在实验过程中因感染、出血等原因共死亡4只,其中B组3只,C组1只。孕鼠铡备为雌雄各半,共30只,合笼喂养2d后分笼,并开始计算天数。二、胚胎NSCs的制备取lO只孕14~15d的雌性Wistar犬鼠,乙醚吸人麻醉后,无菌条件下取出胚胎剪开头皮和软骨,分离出大脑半球钳取脑组织机械分离呈匀浆状,经200斗m滤网滤过于培养皿中,37℃5%C02孵育箱中过夜,5—7d传代1次。观察发现第3—5代NSCs处于对数生长期,胞俸饱满,立体感强,霹保证冻存NSCs与未冻存NSCs具有很好的同质性,选用该代细胞进行移植或低温冻存待用。三、胚穗NSCs的低温保存耨复苏将处予对数生长期的细胞收集至离心管,450×g离心10min,弃上清液,将活细胞浓度调至(1—2≥×106何蠢,黧入预冷瓣冻存液,充分混匀后移至冷冻管中,封翻做好标记。放入隔热的泡沫塑料盒中,置一80℃低温冰箱中过夜,次日转入液氮罐孛保存。耩有冻襻NSCs均予3个秀羼取出复苏。将冷冻管迅速由液氮转入40℃水浴中,冷冻管的顶部保持在水面以上避免污染,并不时撼动加速解冻。当缨脆将要完全解冻时,用75%乙醇消毒棉签擦拭冷冻管。将NSCs转移到禽4℃预冷复苏液的试管中,450×g离心10min,去除二甲基亚砜。将维胞置含NSCs培养液的培养趣中,37℃5%C02孵育箱中培养。四、动物实验效果评价1。动物肢俸恢复评分:所有实验动物在移植后万方数据第1、2、4、6周共观察4个时间段,在第6周处死前做BBB运动评分Ho和斜板实验,并由专业康复运动人员按评分标准进行盲法评分(分)和记录斜叛度数(度)。2.SCI空洞观察和免疫组化检测:取实验动物的脊髓组织承冻切片,在荧光显微镜普通低倍光镜(×10)下观察骨髓空洞面积(目镜中16个小方格相当予1rain2)。巢蛋白nestin为NSCs的特异性表达,NeuN秀神经元,GFAP免裤经胶藤缨胞(包括星形胶质细胞和少突胶质细胞)的特异性表达。移植术后备时间段从原人路显露T7硬膜,切除T5一T9脊椎板,取毒脊髓徽组织切片,行nestin、NeuN及GFAP染色。3。细胞存活率分析:为鉴定NSCs冻存后是否仍保持其原有生物学特性,本研究取布满处予对数生长期的NSCs培养皿10个,随机分为5组,每组2个,取细胞悬液傲台盼蓝染色,并计数活细胞,计算公式为:细胞存活率(%)=活细稳缈(活细胞数+死细胞数)×100%;低温冻存复苏后NSCs以相同分组进行处理。五、统计学分析用SPSSl3.0统计软件进行统计分析,检测数据用露±s表示,多组资料比较,采用熏复测量方差分析,对时间因索及时闻因素和分组的交互作用进行评价,两组间结果比较,用t检验。P<0.05为差异有统计学意义。结果l。动物肢体恢复评分:在移檀术薏l一2髑,各组动物后肢功能恢复情况没有明显差别,但从第4周开始差异明显,至第6周时,BBB实验评分A组[(2.0士Q。5>分】低于B组[<16.4烹0.8)分3和C组[(16.04-1.4)分],且组间差异有统计学意义(F=970.157,P《0.01),斜板实验A组[(31.34-2。9)度】均低于B组[(稻.84-2。1)度】纛C组[(46.5±2.4)度],组间差异亦有统计学意义(F=151.099,P《0.01),但B、C组间差异均无统计学意义(P>0.05),表麓NSCs移植能有效促进SCI大鼠功能恢复。见表l,2。2.SCI空洞观察及免疫组化检测:移植前脊髓空漏露积为(3。8±O。2)mm2,边缘破碎(蓬ta)。移植后B、C两组随着时间的延长空洞不断修复、缩小,丽A组变化不明显。至第6周时,A组空濑面积未觅明显变化,为(3.9±O.1)mill2,褥B组[(1.2±・1184・表1各移植组不同时间BBB运动评分结果比较(分,元±5)注:(1)重复测量方差分析:F(Iime)--2454.307,P<O.01,球形检验Manchly’sW=0.219,P<O.01;此外,F(嘶。口叫p)=509.29,P<O.01;时间因素以及时间因素和分组的交互作用的差异有统计学意义,说明BBB评分指标有随时问变化的趋势,且时间因素的作用随着分组的不同而不同。(2)同组不同时间、同一时间不同组问比较,8P<0.05,“P<0.01表2各移植组不同时间斜板实验结果比较(度,元±s)注:(1)重复测量方差分析:F(6。)=203.734,P<O.01,球形检验Maneldy’8形=O.889,P>O.05;此外,F(tl。.m)=36.190,P<O.01;时间因素以及时间因素和分组的交互作用的差异有统计学意义,说明斜板实验评分测量指标有随时间变化的趋势并且时间因素的作用随着分组的不同而不同。(2)同组不同时间、同一时间不同组间比较,。P<O.05,6P<0.010.3)mm2]和c组[(1.1±0.3)mm2]空洞面积明(图2c~d);但4周后nestin阳性细胞逐渐减少甚至检测不到,而NeuN、GFAP阳性的细胞一直到第6周仍可在脊髓组织中检测到。说明移植的NSCs可在大鼠体内进一步分化为神经元、神经胶质细胞(包括星形胶质细胞和少突胶质细胞),移植神经细胞与宿主神经细胞整合良好,移植部位周围没有出现明显胶质增生和炎症细胞浸润,植入NSCs在损伤区无排斥反应并与宿主融合良好。A组则无以上细胞。显缩小(图1b—d),且组间差异有统计学意义(F=423.949,尸<0.05),但B与C组间差异无统计学意义(_P>0.05)。见表3。B、C组移植术后l一2周可在损伤脊髓组织切片内检测到nestin阳性生长良好的NSCs(图2a),NeuN阳性的神经元细胞呈球形、锥形、星形或梭形(图2b),GFAP阳性星形胶质细胞呈多角形扁平或有长丝状星形和少突胶质细胞呈多角形扁平注:箭头所示的灰白色面积为损伤的脊髓空洞;a图为SCl后2d;b图为A组移植后6周;c图为B组移植后6周;d图为c组移植后6周图1大鼠损伤脊髓空洞图(x40)表3脊髓损伤空洞修复结果比较(mm2,牙±s)注:(1)重复测量方差分析:F(6me)=553.234,P<0.01,球形检验Manchly’8W=O.932,P>0.05;此外,,(妇。t∞op)=91.91l,P<O.0l;时间因素以及时间因素和分组的交互作用的差异有统计学意义,说明移植后脊髓空洞测量值有随时间变化的趋势并且时间因素的作用随着分组的不同而不同。(2)同组不同时间、同一时间不同组问比较,‘P<0.05,6P<O.01万方数据生堡捡墅医堂盘查!鲤!生!Q旦筮!!鲞筮!Q翅£堕垫』!坐丛鱼,堡坐!趔!:!些!!,塑些!Q注:a图箭头所示为NSCsnestin阳性;b图箭头所示为神经元NeuN阳性;c图箭头所示为星形胶质细胞GFAP阳性;d图箭头所示为少突胶质细胞GFAP阳性圈2荧光染色阳性的移植神经细胞(×200)3.冻存与未冻存组NSCs细胞存活率比较:冻存复苏后NSCs与未冻存的细胞形态无差别:细胞体饱满,立体感强周围有明显光晕,复苏后经传代的NSCs生长状态良好,且表达NSCs特异性标志nestin,并在大鼠脊髓组织中存活后,继续分化为神经元和神经胶质细胞,细胞存活率分别为(55.9±5.2)%、(65.14-3.4)%,二组间差异无统计学意义(t=3.334,P>0.05)。见表4。表4冻存与未冻存NSCs细胞存活率比较(%,牙±s)讨论有研究发现,NSCs可能从以下几方面促进SCI的恢复。(1)细胞替代。一方面脊髓的原发性损伤会导致脊髓内神经元及神经胶质细胞等功能细胞的损伤和死亡;另一方面SCI后继发的病理、生理改变导致脊髓内功能细胞的进一步缺失。移植的NSCs能在宿主体内分化为神经元及神经胶质细胞去补充损伤和死亡的功能细胞以提供新的神经连接及再髓鞘化”J。(2)分泌多种神经营养因子促进损伤轴突再生。最新研究证实,NSCs在体内外均可分泌多种神经营养因子∞J,包括神经生长因子、脑源性神经营养因子和胶质源神经营养因子等。(3)作为转基因治疗的受体细胞对抗不利于SCI的局部微环境,为神经元及神经胶质细胞,并观察到明显的后肢功能恢复。说明我们采用大鼠NSCs移植修复大鼠对于移植的NSCs在体内的迁徙、分化机制以万方数据不清楚,尚需进一步研究。因为,(1)目前大量工作仍处于实验研究阶段,而且大多在啮齿类小动物(主要为大鼠)身上获得的,尚少见大动物和高等动物的相关报道。(2)动物实验造成的SCI与人类实际情况差别较大。(3)目前仍很难估计NSCs移植实验的风险,且缺乏客观、准确的评价标准,在临床功能恢复的研究定将取得突破性进展。NSCs的冻存、建库代表着NSCs临床应用发展的方向。本研究表明冻存后的NSCs仍能保持旺盛的,其自我复制和分化潜能得到保存,而细胞特这说明冻存后的NSCs仍保持特有的生物学特性。尽管在冻存过程中可能有不同程度的损伤,但冷冻参考文献[1]NakamuraM,ToyamaY,OkanoH.Transplantationofneuralstemceilsforspinalcordinjury.Shinkeigaku,2005,45:874—876.[2]CummingsBJ,UehidaN,TamakisJ,eta1.Humanneuralstemceilsdifferentiateandpromotelocomotorre℃overinspinalcordinjurymice.ProcNat[AeadSCiUSA,2005,102:14069—14074.[3]1wanamiA,KanekoS,NakamuraM,eta1.TransplantationofhumanneuralstemeeUsforspinalcordmjuryinprimates.JNeurosciRes,2005,80:182—190.E4]BassoDM,BeattieMS,Bresnahanjc.Descendingsystemscontributingtoloeomotorrecoveryaftermildormoderatespinalcordinjuryinrat:experimentsevidenceandareviewofliterature.ReswrNeurelNeuresci,2002。20:189_218.[5]hlP,JonesLL,SnyderEY,eta1.Neuralstemcellsconstitutivelysecreteneurotrophicfactorsandpmmoteextensivehostaxonalgrowthafterspinalcordinjury.EXPNeurel,2003,181:115—129.[6]SchwartzED,ChinCL,ShumskyJs,et81.Apparentdiffusioncoefficientsinspinalcordtransplantsandsurroundingwhitemattercorrelatewithdegreeofaxonaldiebackafterinjuryinrat.AJNRAmJNeuroradiol,2005,26:7.18.(收稿日期:2008-07-30)(本文编辑:李建陵)试验开始前仍有很多问题需要解决。但随着NSCs基础理论的不断更新和发展,其应用于人类SCI后性及存活率与未冻存的NSCs差异无统计学意义。保存既可以减弱移植物的免疫原性,提高移植成功率,又可为各种组织配型的干细胞库的建立及移植手术的实施提供方便。从而促进轴突功能性再生和突触的重新形成。本研究根据上述原理,将培养及冻存后复苏的NSCs分别植入大鼠SCI部位,均可存活较长时间,且能分化SCI动物模型具有潜在的研究和应用价值。及移植后宿主神经系统的变化和应答机制等目前还