定常层流剪切应力对大鼠骨髓间充质干细胞向内皮细胞方向分化的影响

影响干细胞生物活性的因素主要包括化学因素和物理因素，一般都认为化学因素传递信 号组成的网络调控干细胞的增殖分化，近年来，许多研究表明物理因素对干细胞也有重要的 影响，如力学因素可以影响骨髓间充质干细胞的增殖、周期、骨架，并影响化学因素存在条 件下的向成骨细胞、软骨细胞和平滑肌细胞等方向的分化。但是，力学因素对骨髓间充质干 细胞向内皮细胞分化的影响尚不清楚。在体内，动脉血管内皮细胞持续暴露于剪切应力刺激 下，我们研究了定常层流剪切应力对大鼠骨髓间充质干细胞（rat bone marrow-derived mesenchymal stem cells, rBMSCs）向内皮细胞方向分化的影响。

首先采用密度梯度离心结合反复贴壁筛选，并差速消化传代方法分离培养 rBMSCs。培 养的细胞贴壁生长，成纤维细胞状；流式细胞仪检测细胞表达 CD29、CD44、CD90、CD105、 CD106 和 CD166 等间充质细胞表面标志，不表达造血干细胞系表面标志 CD34、白细胞表 面抗原 CD45 和 HLA-DR；细胞有很强的扩增潜能；体外可以诱导细胞向成骨细胞、脂肪细 胞和软骨细胞分化，利用分离到的 2-4 代 rBMSCs 开展后续试验。利用平行平板流动腔提供定常层流，对 rBMSCs 加载不同大小和不同作用时间的剪切应力，结果表明 15 dyne/cm2 剪切应力，作用 24h，能较好地诱导 rBMSCs 向内皮细胞方向分化。不同大小的定常层流剪切应力诱导 rBMSCs 向不同的力敏感细胞方向分化，15 dyne/cm2 促进 rBMSCs 向内皮细胞分化，10 dyne/cm2 促进 rBMSCs 向心肌细胞分化，5 dyne/cm2 促进 rBMSCs 向成骨细胞分化。 剪切应力与血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor, VEGF）联合作用比任一因素单独作用表达更多的内皮细胞相关因子。

骨髓间充质干细胞在再生医学中有重要的应用前景，认识干细胞对环境因素的反应非常 必要。本研究探讨了力学加载对骨髓间充质干细胞分化的影响，有助于丰富干细胞分化调控 理论，探索体外组织工程种子细胞的定向诱导分化的新途径，增加干细胞定向分化的效率， 为组织工程种子细胞的研究应用和生物反应器的合理设计提供实验依据和理论基础。

图：大鼠骨髓间充质干细胞的分离、培养和鉴定