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控制微环境氧含量是研究干细胞的一个非常重要的基础
发布日期:2019-07-16   浏览次数:46
控制微环境氧含量是研究干细胞的一个非常重要的基础
2017年12月巴黎七大的Adrien Moya 博士在Stem Cell上发表文章研究人源骨髓间充质干细胞的糖代谢研究,来分析在组织工程中应用MSCs从体外移植入人体内的存活率极低的情况。
指出人骨髓间充质干细胞是组织工程的理想细胞。然而,由于其生存率低,治疗效果有限。研究人员发现,与体外缺氧(1%-5%O 2)相比,体内HMSC的真实环境更接近于缺氧(0.1%O 2)。在这种低氧环境下,HMSC不能适应外源性葡萄糖的缺乏,只能控制非常有限的内部葡萄糖储备和基本上零的ATP储备。在如此低的外源葡萄糖水平下,缺乏下调的能量逆转机制,导致HMSC的能量储备迅速耗尽,直接导致其生存率极低。
低于0.1%的氧气条件呈现了体内移植后的环境
哺乳组织行使功能的氧气浓度是2%-10%左右。比如在骨髓中MSC(间充质干细胞)微环境(niche)中的氧气浓度是2%-8%。氧气含量在提供人骨髓间充质干细胞(hMSCs)稳态的能量需求,存活以及移植之后最终行驶功能的过程中,扮演着极其重要的角色。但是,
HMSCs在组织工程中的应用,尤其是移植后早期体内氧浓度的要求,尚不清楚。
本研究中,首次将hMSCs种在组织工程的载体上面,并保持氧气含量在0.13%±0.06% 长达24h。该氧气浓度比小鼠在体的软组织局部缺血的浓度更低,人类肿瘤的微环境的氧气浓度是0.3%至4.2%。对于这种极低浓度的耗氧量的解释,是在移植后早期阶段,hMSCs微环境基本没有血液供给氧气。
准确研究细胞体内的氧浓度是一个非常具有挑战性的课题。本文试图建立低氧生物标志物表达,研究在21%到0.1%的氧浓度范围内HMSC的生长情况。结果表明,0.1%的氧含量能较好地反映人体内HMSC的真实状态。在这些条件下,移植细胞表现出对线粒体活性的高度抑制。在体外,0.1%的氧浓度是唯一能诱导低氧标记物表达并显著下调线粒体活性的氧浓度。结果表明,0.1%的氧含量最能反映人体组织工程平台上HMSC的生长速率。与广泛含氧量相比,HMSC的生长速率越来越快。
缺氧状态控制
缺氧状态模拟由Pro-OX-C-Chamber系统(C-Chamber,C-347,Biospherix,纽约,NY)实现。该室的氧含量保持在0.1、1、5或21%,与5%的二氧化碳混合,并与氮气平衡。
对于缺氧细胞培养,在每平方厘米12000个细胞的24孔板中培养HMSC。
在干细胞移植之后,在皮下以及水凝胶支架中心点的氧气含量测定数据
延伸
此外,骨髓造血干细胞周围环境中的氧含量也在骨髓微环境中起着重要作用。缺氧环境导致高铁细胞活性氧(ROS)含量低,具有较好的自我更新能力和骨髓重建能力。尽管把氧含量作为干细胞微环境的组成部分是一个相对较新的概念,但越来越多的干细胞已经被进一步的研究所证实。
控制微环境氧含量是研究干细胞的一个非常重要的基础
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