通过包含生长因子的水凝胶微球移植脂肪来源干细胞聚集体可增强肌肉力量

Transplantation of adipose-derived stem cell aggregates via hydrogel microspheres that incorporate growth factors increases muscle strength.

作者信息Tomohiro Abe, Emiko Tanaka Isomura, Toshie Kuwahara, Ryo Mitsui, Makoto Matsukawa, Kiyoko Nakagawa, Susumu Tanaka, Yasuhiko Tabata
PMID40678343
发布时间2025-06-30
DOI10.1016/j.reth.2025.05.016

实验完整度

包含体外细胞实验(生长因子筛选、GM降解与释放)、体内移植实验(细胞滞留、肌肉功能)及组织学/免疫荧光验证。

主要模型

小鼠ASC聚集体 小鼠比目鱼肌移植模型 C2C12细胞(阳性对照)

重点核对

PDGF-BB浓度(100 ng/mL) 细胞聚集体与GM比例(500:50) 细胞移植数量(5.0 × 10^4,100个聚集体) 肌肉负荷方案(15 m/min,20 min,每周5天) 肌力测量时间点(第0、7、14、21、28天)

摘要

引言:干细胞移植被广泛用于治疗各种疾病,脂肪来源间充质干细胞(ASCs)用于异种异体移植。然而,干细胞移植后的肌肉功能在很大程度上仍未得到充分研究。因此,我们旨在研究将含有生长因子的明胶水凝胶微球(GM)的ASC聚集体移植的最佳条件。我们进一步旨在建立一种通过ASC植入结合跑步机跑步进行肌肉负荷来改善肌肉功能的方法。方法:将悬浮在不同溶液中的小鼠ASCs移植到比目鱼肌中。使用数字测力计在施加肌肉负荷(跑步机)后测量每只小鼠的肌力。结果:血小板衍生生长因子-BB(PDGF-BB)有效促进了ASCs中MYO-D的表达。此外,注射细胞聚集体而非悬浮液增强了细胞滞留。将含有PDGF-BB的ASC聚集体明胶水凝胶微球移植与跑步机肌肉负荷相结合,增强了小鼠肌肉功能。结论:含有生长因子的ASC聚集体移植可能增强细胞滞留。此外,它们可能改善肌肉功能和负荷。因此,我们的研究结果为肌肉康复中的细胞再生治疗提供了新途径。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
探讨促进ASC肌肉再生的最佳条件,以及结合肌肉负荷能否增强移植后肌肉功能。
核心机制
PDGF-BB通过上调MyoD表达促进ASC肌向分化,同时增强细胞聚集体分泌HGF和VEGF,促进肌纤维肥大,改善肌肉功能。
主要证据
体外实验显示PDGF-BB显著提高MyoD阳性率;体内移植ASC聚集+PDGF-BB+GM组在肌肉负荷下第28天四肢肌力比显著升高,肌纤维横截面积增大,且观察到MyoD表达。
研究意义
为肌肉康复中的细胞再生治疗提供新途径,提示结合肌肉负荷可增强ASC移植效果。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

生长因子筛选

确定最能促进ASC肌向分化的生长因子。

将ASCs培养在含不同生长因子(HGF、G-CSF、IGF、TGF-β、PDGF-AA、PDGF-BB)及PRP的诱导培养基中,14天后免疫荧光检测MyoD阳性率。

2

GM降解与PDGF-BB释放测试

评估GM的降解特性和PDGF-BB的缓释行为。

将GM在PBS中孵育,或24小时后加入胶原酶,定时收集上清,测定蛋白浓度和PDGF-BB浓度。

3

细胞聚集体分泌能力检测

评估含GM和PDGF-BB的ASC聚集体分泌生长因子的能力。

制备三种聚集体(ASC、ASC+GM(含PBS)、ASC+PDGF-BB+GM),培养2、5、7天,ELISA检测上清中HGF和VEGF浓度。

4

体内细胞滞留评估

比较细胞悬浮液、聚集体和聚集体+GM注射后在小鼠比目鱼肌中的细胞滞留率。

PKH26标记的ASCs以三种形式注射入比目鱼肌,在6、24、72、168小时分离肌肉,计数PKH阳性细胞。

5

肌肉功能评估

评估ASC移植和肌肉负荷对小鼠肌肉力量的影响。

将小鼠分为4组,分别注射PBS、PDGF-BB+GM、ASC+GM、ASC+PDGF-BB+GM,移植后第2天开始进行跑步机负荷(15 m/min,20 min,每周5天),在第0、7、14、21、28天测量四肢肌力。另设无负荷组比较。

6

组织学和免疫荧光分析

评估肌纤维形态和MyoD表达情况。

取第28天比目鱼肌切片,HE染色评估肌纤维面积;第7天切片免疫荧光检测MyoD表达。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

验证样本或模型特征
验证免疫效应
验证机制链路
评估体内效果

产品清单

实验环节名称品牌货号
杜氏改良Eagle培养基Sigma-Aldrich--
胎牛血清Sigma-Aldrich--
青霉素-链霉素----
I型胶原酶Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.--
胶原酶----
PVA溶液----
PKH26红色荧光细胞连接试剂盒Merck--
血小板衍生生长因子-BBFujifilm Wako Pure Chemical Industries--
血小板衍生生长因子-AAFujifilm Wako Pure Chemical Industries--
肝细胞生长因子R&D Systems--
粒细胞集落刺激因子R&D Systems--
胰岛素样生长因子Abcam--
转化生长因子-βR&D Systems--
ELISA试剂盒R&D Systems--
BCA蛋白定量试剂盒Thermo Fischer Scientific--
兔抗小鼠Myo-D多克隆抗体Bioss Antibodies#bs-2442R
山羊抗兔IgG抗体-ALEXA FLUOR 488Thermo Fischer Scientific#150113
DAPI----
荧光显微镜KEYENCEBZ-X700
数字测力计MISUMI CorporationFGJN-5
小鼠和大鼠跑步机系统Merquest CorporationTMS-10 N

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
细胞培养和分化
ASC来源:8周龄雄性C57BL/6J小鼠;生长因子浓度(PDGF-BB 100 ng/mL);培养时间14天。
阅读提示:材料和方法2.2和2.4
细胞聚集体制备
细胞与GM比例(500:50);培养时间24小时。
阅读提示:材料和方法2.6
体内移植
细胞数量:5.0 × 10^4(100个聚集体);注射体积100 μL PBS;注射部位:双侧比目鱼肌。
阅读提示:材料和方法2.7和2.8
肌肉负荷
跑步机负荷:15 m/min,20 min,每周5天;开始时间:移植后第2天。
阅读提示:材料和方法2.8
肌力测量
测量时间点:第0、7、14、21、28天;测量方式:四肢测力计,取最高值除以体重。
阅读提示:材料和方法2.8