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人脐带间充质干细胞来源于临床弃物--脐带Wharton胶。研究表明:该细胞具有多能分化性、低免疫原性和非致瘤性,是组织工程种子细胞的理想选择。但是,若想真正将这种细胞应用于组织工程,单单依靠供体捐献的少量细胞是远远不足的。解决这一问题的通常途径是通过体外大量扩增。然而,在体外扩增的过程中,人脐带间充质干细胞由于不断传代逐渐老化,从而导致增殖能力和干细胞多能性的逐渐丧失,进而发生自分化和细胞死亡等现象。
国外已有研究发现,干细胞在动物体内之所以能够保持其增殖能力和多能性,原因在于体内环境中细胞与细胞基质间相互作用所形成的粘附机制发挥了重要的作用。这种机制并不是单纯地将细胞粘合在一起,而是通过这种细胞粘附的物理作用激活或强化细胞中的信号通路,从而对细胞的增殖、迁移、分化等多种行为产生影响。依赖于钙离子产生作用的Cadherin就是这种粘附机制中最为普遍且重要的一个。在cadherin家族中,尤其又以多存在于胚胎早期细胞和上皮细胞中的E-cadherin被国内外学者研究的最为透彻。已有研究成果证明,E-cadherin可以保持胚胎干细胞的多能性并提高其增殖能力,调节成体干细胞的自我更新,甚至替代OCT4重编程成体成纤维细胞而产生iPS。
在本研究中,运用基因工程技术,生物合成了E-cadherin-Fc融合蛋白;通过其基质化探索,仿生构建了有利于人脐带间充质干细胞快速增殖并促进其定向诱导成为类肝实质细胞分化所需的微环境。实验结果证明:hE-cadherin-Fc基质化的微环境对人脐带间充质干细胞的细胞骨架形态有显著影响,其显著提高了人脐带间充质干细胞与基质间的相互作用,提高了人脐带间充质干细胞的增殖活性、激活和强化了与细胞增殖有关的信号通路基因,并在此前提下更好地保持了人脐带间充质干细胞的多能性;同时,最值得关注的是,在这种微环境下可以显著提高人脐带间充质干细胞间上皮细胞表型的肝实质细胞的特异性诱导分化效率。该研究将有望为肝组织工程相关研究中的瓶颈问题--种子细胞的选择及制备--提供切实可行的解决途径。