实验研究
人巩膜成纤维细胞体外三维胶原基质培养系统的构建及其生物力学特性
中华实验眼科杂志, 2017,35(2) : 108-113. DOI: 10.3760/cma.j.issn.2095-0160.2017.02.004
摘要
背景

眼轴的过度伸长和巩膜组织的扩张是高度近视发病机制研究的热点之一,建立合理的人巩膜成纤维细胞(HSFs)培养体系模型有助于进一步探讨HSFs在高度近视形成过程中与胶原基质相互作用的生物学机制。

目的

构建HSFs与Ⅰ型胶原的三维培养系统,微观模拟在体巩膜,建立巩膜重塑模型。

方法

采集新鲜供体巩膜组织,采用组织块培养法分离和培养HSFs,采用免疫荧光技术检测细胞中波形蛋白和角蛋白的表达以鉴定细胞;获取8周龄SPF级雄性SD大鼠鼠尾腱制备鼠尾胶原,400 μl胶原加入50 μl NaOH(0.1 mol/L)溶液中混匀,加入80 μl 10倍培养液,混匀,溶液pH值约为7。加入1 100 μl终浓度1×106/ml细胞悬液混合形成凝胶培养系统,于倒置相差显微镜下观察HSFs的增生情况和细胞形态,采用IPP-5软件对三维培养的含细胞胶原收缩面积进行测量以分析三维胶原系统的物理特性;采用生物力学试验机对三维胶原系统的生物力学特性进行测定。

结果

培养的HSFs波形蛋白呈阳性表达,角蛋白表达阴性。未接种培养细胞的无成纤维细胞SD鼠鼠尾胶原凝胶透明,实验期间性状无明显变化,而含HSFs的三维胶原凝胶随着细胞培养时间的延长细胞数量增加,倒置相差显微镜下可观察到数十层成纤维细胞相互交错呈网状排列,培养后7~14 d凝胶块呈乳白色,凝胶面积保持在正常的10%左右,三维培养系统中的HSFs接种后24 h细胞产生多向性突起,呈双极形或纺锤形。HSFs胶原凝胶复合物的弹性材料蠕变曲线呈非线性(0~100 s)部分与线性(100~600 s)部分,前者是胶原凝胶在短暂应力的作用下本身的弹性变化,后者是胶原凝胶在定力的作用下随拉伸时间的延长而出现的蠕变变化。

结论

鼠胶原凝胶对培养的HSFs有良好的生物相容性,HSFs胶原凝胶可形成三维复合物,可呈现机械性生物学特性,是研究成纤维细胞与细胞外基质之间以及细胞之间相互作用的良好模型,可用于巩膜重塑的模拟研究。

引用本文: 胡守龙, 李莉, 崔冬梅, 等.  人巩膜成纤维细胞体外三维胶原基质培养系统的构建及其生物力学特性 [J] . 中华实验眼科杂志, 2017, 35(2) : 108-113. DOI: 10.3760/cma.j.issn.2095-0160.2017.02.004.
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三维培养是用无毒性的生物材料提供带有空隙的三维结构,使细胞黏附于材料上并呈立体空间生长,以形成类似生物组织的结构,从而模拟真实的在体空间环境的一种培养方法[1]。Bell等[2]研究发现,胶原中培养的成纤维细胞所表现出的生物学特性与其在生物组织中相似,因此认为这种培养方式是研究成纤维细胞与细胞外基质间以及细胞间相互作用的良好模型,且已用于组织重塑的相关研究。近视是目前中国人群中常见的眼部疾病,眼轴伸长是其主要形态学改变,近视发生的生物力学机制成为近期研究的热点,但有些机制尚未完全明确,其主要原因是尚未找到有效的模型进行近视的研究。巩膜主要由巩膜成纤维细胞及细胞外基质组成,在哺乳动物中胶原组织占巩膜重量的90%,其中绝大部分是Ⅰ型胶原[3,4]。本研究中采用鼠尾胶原作为培养支架模拟在体巩膜,建立含人巩膜成纤维细胞(human scleral fibroblasts,HSFs)三维胶原凝胶培养系统,观察HSFs在培养系统中的形态、增生情况及三维凝胶的形态,并检测组织类似物的生物力学特性,为HSFs与细胞外基质之间以及细胞之间相互作用的研究提供组织重塑模型。

 
 
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