脂肪干细胞成骨分化的研究进展

脂肪干细胞成骨分化的研究进展

王博昊

江苏圣澄干细胞科技有限公司 江苏南通 226000

摘要：骨组织工程研究的深入发展下，脂肪干细胞等多类型种子细胞出现在医学视野中。脂肪干细胞作为脂肪组织中的细胞，具有诸多优势，是骨组织工程研究的核心内容之一。为发挥脂肪干细胞优势及促进骨组织工程发展，本研究对脂肪干细胞成骨分化进行综述。

关键词：脂肪干细胞；成骨分化；骨组织工程

间充质干细胞作为干细胞的核心组成部分，来源于发育早期的中胚层，是多能干细胞。脂肪干细胞存在于脂肪当中，具有十分优异的多向分化功能，属于成体干细胞。在特定条件下，脂肪干细胞具有软骨、内皮细胞等分化能力。值得一提的是，脂肪干细胞具有创伤小且来源广的优势，同时兼顾免疫力强的特点，是间充质干细胞不具备的优点。另一方面，脂肪干细胞的分离及培养流程较为简单，仅需要对一些脂肪组织进行剪碎消化离心处理。脂肪干细胞增殖速度较快，可源源不断的提供细胞组织。现有研究显示，脂肪干细胞获取量是间充质干细胞的五百倍，所以脂肪干细胞在骨组织工程具有巨大潜力。脂肪干细胞虽然有诸多优势，让易受多类因素影响而影响其成骨分化能力。大量学者从影响因素入手，探寻脂肪干细胞成骨能力影响因素，让其具备更加优异的临床性能。本研究旨在了解不同分化手段的不同机制对脂肪干细胞的影响，对脂肪干细胞成骨分化机制及方法等进行综述。

1 诱导脂肪干细胞成骨分化方式

1.1细胞共培养法

细胞共培养法就是将至少两类细胞放置在统一环境中进行培养。细胞共培养法的优势是可以反应细胞在环境中的作用关系。Correia通过研究发现，将实验大鼠体内的脂肪干细胞装到由多种元素组成的胶囊内，同时将血管内皮细胞混入其中，随后将胶囊培养在不存在骨诱导因子的内皮细胞培养液中，这个时候脂肪干细胞可以分化为骨细胞，原因是胶囊在成骨分化过程中发挥着血管内皮生长因子的功能。Lin等人认为，兔子的脂肪干细胞和成骨细胞培养在浓度为百分之五和百分之十的牛血清培养溶液中，可以发现经过七天诱导后兔子的脂肪干细胞转化为圆形，半个月后茜素红经过染色后呈现为阳性，原液为碱性的磷酸酶经过染色后也呈现为阳性。

1.2自发成骨法

自发成骨法与其余方法相比无需添加骨诱导因子，可以通过该方法直接让脂肪干细胞成为骨细胞。据研究发现，茜素红经过染色后呈现为阳性代表脂肪干细胞经过成骨分化后形成骨细胞。Liu等人在研究中指出，第八代到第十二代大鼠的脂肪干细胞采用常规密度接种，或是将第三代老鼠中进行低密度接种，当不额外添加骨细胞诱导因子时，大鼠体内提取的脂肪干细胞可转化为骨细胞，意味着连续传代或接种低密度脂肪干细胞可以让大鼠具备自发成骨的能力。

1.3化学诱导法

化学诱导法与上述两种方法相比适用场景更加广泛。早期发现的脂肪干细胞的研究人员为Zuk。他们把浓度适宜的维生素D、地塞米松等作为培养液，对脂肪干细胞进行诱导。研究人员将他们的诱导方法作为参考方案。目前，大多数研究采用的成骨诱导方式使用的诱导液体基本相同，但是液体浓度存在明显区别。由于脂肪干细胞属性不同，所需的诱导液体组分和浓度也不同，即便是相同属性分离出来的脂肪干细胞或成骨诱导液体浓度也是存在明显区别的。大量研究人员使用 10 mmol/L β － GP，仅少数采用 2 mmol/L。王伟等人使用浓度为0/1/10/100升每摩尔的液体对脂肪干细胞进行诱导，在溶液浓度的增加下，细胞增值活性不断减弱。成骨特异性基因骨钙素及核心结合因子会受到对应影响。王伟等人的实验证明了Dex不是脂肪干细胞向成骨细胞分化的条件。

2 脂肪干细胞分化的流程

脂肪干细胞成骨分化过程中需经过两个环节。首先是脂肪干细胞转化为骨干细胞，随后转化为成骨前体细胞，再转化为过渡性成骨细胞。其次，把成熟的骨细胞进行转化，该流程会让骨基质分泌迟来，此时骨基质表现为钙化形式，期间出析出钙结节，也意味着脂肪干细胞逐渐转化为骨细胞的主要体现。脂肪干细胞在向成骨细胞分化时会出现对应变化，会在体外诱导五天时间。一些脂肪干细胞的形态会随着周期的演化不断改变，随着诱导时间的不断延长，脂肪干细胞呈现出簇状生长趋势。经过15天的转化后，细胞可以被茜素红染色，意味着脂肪干细胞转化为骨细胞。

3 脂肪干细胞成骨分化方法

脂肪干细胞向成骨细胞 分化时会出现特异性蛋白或受体等，例如碱性磷酸酶或矿化结节。

3.1 碱性磷酸酶的检测

脂肪干细胞成骨分化中早期标志就是特异性标志酶，主要以碱性磷酸酶的形式呈现出来。当脂肪干细胞被诱导三到四天后，七天到半个月的时候表达量会处于高位状态，随后呈现出下降趋势。所以，大量研究人员在脂肪干细胞成骨分化七天到半个月之间时会对分化细胞开展碱性磷酸酶测试。目前，使用碱性磷酸酶测试脂肪干细胞的方式包含两类。第一种模式是通过染色方式判断脂肪干细胞转化程度，即通过定性检测的方式实现；第二种方法是采用染色试剂盒进行定量检测。

3.2 钙结节染色法

脂肪干细胞成骨分化成骨细胞会会出现钙结节，因此钙结节染色是检验脂肪干细胞成骨分化程度的主要指标。大量研究人员在成骨诱导后半个月或二十一天对细胞进行钙结节染色检验。钙结节染色检验方法包含茜素红染色法、vonKossa’s染色法，前者应用频率更高。

3.3 有关基因或蛋白检验方法

脂肪干细胞在成骨诱导分化的影响下，可将成骨细胞相关的基因及蛋白表达出来，例如碱性磷酸酶、高钙蛋白等。在脂肪干细胞成骨分化中可使用基因或蛋白检测方法进行测试，判断细胞骨化程度。

3.4 其余检验方法

葛雯姝等人将包含OC基因启动因子的荧光素酶报告体进行慢性病毒包装，将其与人体脂肪干细胞结合，嘌呤霉素筛选获取完整的细胞体，对这个细胞开展骨诱导。细胞经过骨诱导后的一周及半个月进行检测后发现，荧光素酶表达模式和定量分析基本相同，意味着细胞转化为骨细胞。荧光素酶报告系统可分析脂肪干细胞成骨分化程度，这个方法被视作脂肪干细胞成骨分化新方法，同时依托系统可筛选影响脂肪干细胞成骨分化的影响因子，对骨组织研究具有重要意义。

4 脂肪干细胞成骨分化实验因素

Duscher等人在研究中指出，脂肪抽吸的手术与组织切除的手术获取的脂肪干细胞在成骨分化能力方面不存在明显的区别。但是，Gnanasegaran等人在研究中指出，前者获取的细胞成骨分化能力更加优异，后者获取的细胞成骨分化能力相对较弱。Markarian等人表示，浓度为0.1%的I型胶原酶经过半小时消化、浓度为每毫升12.5微克的胰酶消化三十分钟两种分离方式获取的人体脂肪干细胞成骨分化能力存在差异，第二种方式获取的脂肪干细胞成骨分化能力更强。Kyllnen等人在研究中指出，人体脂肪干细胞在含人血清、无血清、牛胚胎血清三种条件下的诱导液体中的成骨能力存在应区别，牛胚胎血清的诱导能力最差。

结束语：脂肪干细胞作为骨组织研究的热点问题，其根本原因是脂肪干细胞来源广泛，成本低廉，并且可以快速转化为骨细胞。截至目前，关于脂肪干细胞成骨分化的研究尚有很长一段了要走，取材方法、细胞代数及冻存对细胞成骨分化能力是否有影响存在一定争议，在后续研究中需深入探讨。

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