最近进步来源、财产、分化和Infrapatellar脂肪垫的应用脂肪干细胞

文摘

Infrapatellar脂肪垫(IPFP)可以很容易地获得在膝盖手术,避免了损伤病人获得IPFP。Infrapatellar脂肪垫脂肪干细胞(IPFP-ASCs)也称为Infrapatellar脂肪垫间充质干细胞的形态学(IPFP-MSCs)因为IPFP-ASCs类似于骨髓间充质干细胞(BM-MSCs)。IPFP-ASCs吸引了越来越多的关注由于其特点适用于再生医学等强大的增殖和分化,抗炎,抗衰老的,分泌细胞因子,multipotential能力,和3 d文化。IPFP-ASCs可以修复关节软骨和缓解骨关节炎引起的疼痛,所以大多数IPFP-related评论文章关注骨关节炎。本文综述IPFP的解剖和功能,以及发现、放大、multipotential能力,应用IPFP-ASCs为了解释为什么IPFP-ASC在再生医学是更好的干细胞来源。

1。介绍

在膝关节置换术,infrapatellar脂肪垫(IPFP)作为炎症组织必须切除,以减轻疼痛,所以获得infrapatellar脂肪垫脂肪干细胞(IPFP-ASCs)避免了二次损伤患者相比获得来自骨髓间充质干细胞(msc),滑膜,皮下脂肪。IPFP包含大量的干细胞( 干细胞在21个毫升IPFP),所以更多的干细胞可能比从骨髓从IPFP获得1]。

由于端粒酶活性的存在能够延缓衰老,IPFP-ASCs具有很强的增殖能力和分化潜能,即由多个段落IPFP-ASCs可以净化,然后显示稳定的分化潜能(2]。此外,IPFP-ASCs更优越chondrogenic分化,比骨髓间充质干细胞成骨分化(BM-MSCs) [3)和滑液间充质干细胞(SF-MSCs) [4]。由于IPFP解剖位置、表面标记IPFP-ASCs类似于膝关节周围其他细胞,所以IPFP-ASCs可以与其他合成移植物植入膝关节,减少免疫排斥反应(5]。IPFP-ASC是一个很好的种子细胞自体或同种异体的干细胞移植因其增殖能力强和弱的免疫排斥6,7]。

子公司IPFP组织保护和支持膝关节,可能会对膝关节修复效果通过分泌细胞因子(8]。目前,膝关节骨关节炎很难修复组织和控制疾病进展由于疲软的再生能力和减少血液供应(5),所以骨关节炎的治疗集中在缓解疼痛和保护剩余的关节功能。近年来,据报道,自体干细胞移植在骨关节炎(有一定的治疗效果9];SF-MSCs可以修复软骨,间充质干细胞(msc)可以减轻炎性疼痛分泌前列腺素E2 (PGE2)在周围细胞,调节炎症因子的表达和后上清液的注入IPFP-ASC文化到膝关节可以减轻炎症性疼痛和恢复部分关节功能(10]。因此,IPFP既有实物保护效果和修复效果提供的旁分泌分泌膝关节。

支架通常用于提高干细胞成型的增长。相比BM-MSCs和皮下脂肪中提取干细胞(Sc-ASCs) IPFP-ASCs生长环境中更好的与支架(11]。据报道,IPFP-ASCs在3 d生物打印(有很好的应用前景12]。因此,IPFP-ASCs更适合塑造文化。

IPFP-ASC已成为一个焦点在再生医学和组织工程因为IPFP-ASCs可以分化为骨,软骨,脂肪。因此,我们回顾了IPFP的解剖和功能,以及发现、放大、multipotential能力,应用IPFP-ASCs为了解释为什么IPFP-ASC再生医学是一种优质的干细胞来源。评论文章提供了一个参考临床手术治疗和再生医学。

2。IPFP的解剖结构和生理功能

IPFP,淡黄色的脂肪组织,坐落在髌腱,股骨髁和胫骨平台一个三角形的形状。IPFP连着的尖端intercondylar窝的前面,以及髌IPFP低于基础底部和两边的髌腱,之间的部分底部两层滑膜。IPFP是一个倒三角形的形状,和IPFP所在的两个角两边的髌腱;内在的一面IPFP超过髌韧带的内侧缘约2.5厘米,和外的一面IPFP超过髌韧带的侧缘约2.4厘米;IPFP向外延伸向上约2厘米,约1厘米,最后IPFP紧密附着在髌内侧劣质和侧下,分别为(13]。在膝盖弯曲,IPFP进入关节腔填满空的空间;在强烈的收缩股四头肌,IPFP扮演了一个角色在预防膝关节高流动性对企业有利。然而,一旦IPFP变硬,IPFP可能成长为关节腔,引起关节运动的限制。IPFP的血液供应主要来自动脉的外侧动脉和膝内侧膝劣质低人一等。

IPFP的主要生理功能是减少摩擦和保护膝关节关节运动。IPFP可以防止膝髌骨的稳定和减少摩擦伤(14]。Takatoku et al。15)发现IPFP膝盖骨的形成和发展是非常重要的在不成熟的兔子。除了缓冲冲击,减少摩擦,IPFP固定关节运动的影响。IPFP也有修复影响膝关节受伤因为IPFP-ASCs IPFP可以分化成软骨和分泌细胞因子如血小板源生长因子(PDGF)、血管内皮生长因子(VEGF)和纤维母细胞生长因子(FGF),从而发挥抗凋亡作用与转化生长因子-β(TGF -β)。

3所示。比较与其他msc IPFP-ASCs

自从祖克et al。16发现和培养处理lipoaspirate (PLA)细胞在2001年,大量的注意力都集中在脂肪中提取干细胞(对asc)。2003年,韦翰et al。17]孤立的基质细胞可以分化为骨、软骨、脂肪从IPFP首次提供了一个依据调查msc。msc在组织修复中的应用已成为一个热点问题在再生医学和吸引了大量的注意力从许多研究。因此,它是非常重要的选择一个优越的干细胞来源。msc主要来源于骨髓、滑膜、皮下脂肪组织,IPFP。msc来自各种来源不同的分化潜能,增殖率、表面标记。IPFP-ASCs和BM-MSCs之间的表面标记是相似的,但不同的表面标记IPFP-ASCs和BM-MSCs之间也存在于一些样品,这可能与不同生理状态的样本和不同文化条件下的干细胞。

加西亚et al。4)报道,SF-MSCs的扩散能力弱于IPFP-ASCs。与Sc-ASCs相比,分化能力强,细胞体积较小IPFP-ASCs [12,18]。CD34、CD45 BM-MSCs IPFP-ASCs的表达水平高于;和软骨基因表达水平,特别是SOX9和COL2A1,更活跃在IPFP-ASCs Sc-ASCs和沃顿商学院的果冻干细胞(WJSCs) [5]。上述研究表明IPFP-ASC在增殖和分化有明显优势,尤其是chondrogenic分化,增殖能力强随后的大规模研究提供了依据。文化来自不同来源的msc的效率和表面标记如表所示1。

3.1。来自不同来源的分化潜力的msc与生长微环境和周围细胞的旁分泌

有很多IPFP周围结缔组织;但是Sc-ASCs周围有大量的皮下组织。不同生长微环境和周围细胞的旁分泌影响其增殖能力和分化潜能(26]。IPFP-ASCs能保持稳定chondrogenic在增殖分化潜能(3]。此外,不同的细胞因子、文化方法和生长微环境与IPFP-ASC分化潜力,在部分将详细介绍4.3这篇文章的。

3.2。来自不同来源的msc的增殖稳定可能取决于端粒的完整性

端粒是一种核蛋白质位于真核生物染色体的终端,和它的长度被认为是一种衰老的生物标志物。维护细胞的端粒酶活性表明,有抗衰老的能力(27]。直到18世纪,IPFP-ASCs还有增长率和脂肪形成的分化潜力由过氧物酶体证实proliferator-activated受体γ2和脂蛋白脂肪酶(28]。这可能是IPFP-ASCs具有端粒酶活性和端粒完整,这允许IPFP-ASCs有丝分裂后潜在的多个通道(2]。这些发现证明IPFP-ASC扩散能力,也为未来的研究提供一个想法。

3.3。不同生理条件下对msc的增殖能力和分化潜能

在不同的生理条件下,IPFP-ASCs有不同的增殖能力和分化潜能。在某些局部结节性滑膜炎等膝关节疾病,霍法的疾病,或arthrofibrosis, msc的生理功能IPFP不同参与水平是不同的。局部麻醉剂可以削弱IPFP-ASCs的脂肪形成的分化潜能29日]。IPFP-ASCs chondrogenic分化的潜力比薄的捐助者在肥胖的捐助者(30.]。IPFP-ASCs更强的成骨分化潜能在类风湿关节炎骨关节炎,这可能与组织坏死因子-α(肿瘤坏死因子-α)[31日]。骨关节炎可以影响IPFP-ASCs chondrogenic分化潜力的32]。IPFP-ASCs的减少chondrogenic分化潜力的差别可能与对这些TGF-β基因表达在骨关节炎(33]。还有待进一步调查是否IPFP-ASCs chondrogenic分化较强潜力可以通过基因敲除。

3.4。各种分化潜力和msc的增殖能力从身体的不同部分

氧张力能促进BM-MSCs扩散和IPFP-MSCs34]。Suprapatellar脂肪垫脂肪干细胞(SPFP-ASCs)可以明确表达CD105;SPFP-ASCs具有较强chondrogenic分化潜力,更好的对缓解骨关节炎的症状的影响比IPFP-ASCs在鼠模型[35]。脂肪干细胞分离lipoaspirates具有较强chondrogenic分化潜能与IPFP-ASCs[相比36]。Amaral et al。37)报道,软骨细胞分化的SF-MSCs更加稳定和功能比IPFP-ASCs体外分化的;但皮下注射后两种干细胞,之间没有显著差异在分化潜力SF-MSCs IPFP-ASCs体内。以上研究表明,除了生长微环境,潜在干细胞分化和增殖能力也有关干细胞来源和文化的方法。为了理解他们的交互作用,有必要进一步研究干细胞增殖的生理过程。

4所示。分离、培养、鉴定和分化IPFP-ASCs的潜力

4.1。隔离和IPFP-ASCs文化

获得IPFP-ASCs需要一系列步骤,包括分离、机械消化、化学消化,净化、塑料附件。过程包括剪切、胶原酶消化、去除杂质、过滤、离心分离,去除上层清液、和传递文化。胶原酶的使用并不统一。据报道,0.075%胶原酶的使用我需要2 h消化38)和0.1%胶原酶我加上一个包含CaCl牛血清的百分比₂需要一个小时来消化(9),也有使用0.25%胰蛋白酶消化需要20分钟的(31日]。一项研究表明,如果0.2%胶原酶用于10分钟,血管矩阵组件可以如果获得0.2%胶原酶用于超过30分钟,住脂肪细胞的数量减少(39]。胰蛋白酶的胶原酶能加速酶消化。在未来的研究中,有必要选择最好的类型和浓度酶快速高效地分离出干细胞。

的共同Sc-ASCs来自液体脂肪皮下组织,所以liquid-dispersed形态有利于获取干细胞;虽然IPFP-ASCs IPFP来源于固体脂肪,所以固体脂肪必须经过物理剪切和化学消化成液态脂肪,这可能会影响时间获取干细胞和干细胞的数量和扩散能力。最近的研究表明,人类的第二段IPFP-ASC到第三段IPFP-ASC需要大约48-60 h (26,36,38]。细胞的总数对细胞增殖能力有一定的影响,这可能与细胞间通讯和微环境40,41]。我们应该注意这些因素为了获得更多的干细胞具有较强的增殖能力。弗朗西斯et al。39等)发现了一些优化隔离方法经常搅拌,增加胶原酶,并使用特异性涂料烧瓶,获得msc 85分钟,极大地缩短时间内获得msc与以前相比24 - 48 h。这可以让时间使用IPFP-ASCs组织移植手术的紧急情况。然而,真正IPFP-ASCs在急性创伤和移植手术中的应用仍需要大量的临床研究。

的文化条件IPFP-MSCs类似于普通msc和一般包括37°C, 5%的公司₂和饱和湿度。初代培养后,胰蛋白酶消化用于串行subcultivation。

4.2。识别IPFP-ASCs

有很多干细胞的鉴定方法。目前,常见的识别方法包括组织学、免疫组织化学染色,qPCR、生化分析、图像和机械检测,其中,最常用的方法是免疫组织化学染色。

2006年,国际社会细胞治疗(ISCT)给multipotential基质细胞的定义和基地区分multipotential基质细胞与造血干细胞如下:(1)体外细胞粘附生长;(2)积极的表达CD44、CD73 CD90、CD105(阳性检出率的流 )和消极的表达CD11b, CD14、CD19 CD34、CD45 CD79α和HLA-DR(流的阳性检出率 );和(3)有能力分化成成骨细胞,脂肪细胞,软骨细胞在体外特定培养条件。IPFP-ASCs不利于染色使用低亲和力神经生长因子受体或STRO-1 [42]。此外,IPFP-ASCs CD34的表达水平较高,CD45,并且比BM-MSCs存在,这表明从BM-MSCs IPFP-ASCs是不同的,但都有类似的表面标记,如CD73 CD90、CD105 [26]。在IPFP-ASC posttenth通道表面,有表达CD13、CD44, CD90,偶尔和CD105的表达3 g5,但没有表达LNGFR, STRO-1, CD34, CD56 (28]。第三至第五通道IPFP-ASCs,的表达CD13、CD45、CD43是负和的表达CD29、CD44, CD90是积极的43]。IPFP-ASCs系统研究表明,表面抗原IPFP-ASCs CD9 +, CD10 + CD13 + CD29 +, CD44 + CD49e +, CD59 + CD105 +、CD106 +, CD166 + (21]。到目前为止,没有发现特定的标记在IPFP-ASC文化,这可能与多个细胞分化方向的共存,所以有必要屏幕独特的靶细胞(26]。

4.3。分化的潜力IPFP-ASCs

MSC定向分化一直是一个热门话题。诱导IPFP-ASC分化的研究主要是关于chondrogenic分化其次成骨分化和脂肪形成的分化。当然,还有其他一些研究MSC分化方向。本文给出了一个一个地介绍如下。

4.3.1。Chondrogenic分化

目前,有三种主要的方法来诱导chondrogenic分化包括(1)调节培养基的物理因素,(2)利用旁分泌和细胞间的相互作用通过与其他细胞coculture,和(3)differentiation-related基因转染。然而,还不清楚这对分化因子具有较强的影响,交互存在三个因素之一。这些问题仍有待进一步研究。

调整无机文化环境变化的生物物理因素可能获得不同的文化功效。静水压力中扮演一个重要的角色在IPFP-ASC chondrogenic分化(34]。断断续续的静水压力可能有更强的影响chondrogenic软骨的分化比IPFP-ASCs chondrogenic分化的祖细胞(44]。缺氧(5%)有利于IPFP-ASC chondrogenic分化但可以减少小鼠IPFP-ASC成骨分化(45]。透明质酸是一种重要的细胞外基质软骨形成。包含25%透明质酸的培养基是非常有利于IPFP-ASC chondrogenic分化,但培养基含有25%到75%透明质酸对IPFP-ASCs[的扩散能力没有影响5]。软骨类似于自然软骨的结构和功能可以通过控制水凝胶的氧浓度和周围环境(46]。支持的chondrocyte-laden水凝胶表面的一层干细胞允许MSC具有较强chondrogenic分化潜力,表明有序的环境更有利于MSC分化(38]。最近研究chondrogenic msc分化和IPFP-ASCs如表所示2。

因为IPFP附近的滑膜和软骨,IPFP IPFP-ASCs可能诱导分化成软骨细胞的生长因子分泌周边细胞(21]。体内三维文化IPFP-ASCs表明软骨基质支架治疗的TGF -β3、gelatum TGF -治疗β1促进IPFP-ASC chondrogenic分化(57,58]。IPFP-ASCs coculture的关节软骨细胞和透明质酸能促进IPFP-ASC chondrogenic分化和预防肥厚性关节软骨的发生48]。以上研究表明,细胞之间有密切沟通和周围的环境。

此外,还有研究IPFP-ASC分化在基因水平。布拉沃et al。32)发现,在IPFP-ASC chondrogenic分化,PTFR的表情,MMP13类似膝骨关节炎患者和患者健康的膝盖,但功能的表达,FGF2、TGF, MMP3显著降低患者膝关节骨关节炎的患者健康的膝盖。

4.3.2。成骨分化

成骨分化IPFP-ASCs也是一个重要的研究方向。与chondrogenic分化相比,关于成骨分化的研究主要集中在基因调控和外部脚手架施工,但也有一些研究细胞因子。成骨分化潜能更强比IPFP-ASCs IPFP-ASCs从肥胖老鼠从瘦弱的老鼠67年]。IPFP-ASCs成骨的能力不是从BM-MSCs明显不同3]和SF-MSCs [4]。IPFP-ASCs时才产生骨前体蛋白的诱导培养基含有维生素C和无机磷,但骨形成protein-2 (BMP-2)可以诱导IPFP-ASC成骨分化(1]。coculture后胎儿软骨与IPFP-ASCs聚已酸内酯支架,II型胶原蛋白的表达和polyproteoglycan显著减少,但印度刺猬因子的表达显著增加,表明孩子软骨和聚已酸内酯强成骨效应和弱chondrogenic影响IPFP-ASCs [68年]。成骨分化的最近的研究对asc和IPFP-ASCs如表所示3。

4.3.3。脂肪形成的分化

由于有限的利用分化的脂肪细胞,脂肪形成的差异化不是IPFP-ASCs的主要研究方向,但它仍然是一个重要的msc的一部分。脂肪形成的分化潜能比BM-MSCs[在IPFP-ASCs3]和SF-MSCs [4]。肥胖老鼠有更强的IPFP-ASC脂肪形成的分化潜能比瘦老鼠(67年]。透明质酸也可以提高脂肪形成的分化(52]。名等。84年)报道,IPFP-ASC脂肪形成的分化潜能是年轻人和老年人之间的相似。这是不同于IPFP-ASC chondrogenic分化潜力是年轻人比老年人更强,这还有待进一步探索。表4显示文章的脂肪形成的differentiation-related因素。

4.3.4。诱导分化为其他类型的细胞

目前,没有报告IPFP-ASC分化成其他类型的细胞除了chondrogenic,成骨、脂肪形成的分化。然而,msc可能分化成multilineage细胞。msc有可能分化为破骨细胞(90年]。msc还显示cardiomyocyte-like、骨骼肌细胞样的肌腱,上皮细胞样的分化(91年,92年]。犬的msc可以无限增殖SV40基因,然后是不灭的msc移植到busulfan-induced不孕小鼠和细精管显示生殖细胞分化潜能(93年]。向其他组织细胞分化的研究如表所示5。

5。应用IPFP-ASCs和msc

IPFP-ASCs通常被认为是更有前途的干细胞因为IPFP发炎组织必须切除膝关节置换术减轻疼痛,所以获得IPFP-ASCs避免损伤患者相比获得骨骨髓来源msc、和IPFP-ASC隔离过程易于操作。注入IPFP-ASCs能有效减轻疼痛,改善膝关节功能在骨关节炎(One hundred.,101年]。Koh et al。One hundred.,101年)报道,后注入富含血小板血浆包含的意思 IPFP-ASCs成关节炎意味着Lysholm Tegner活动规模,和脉管成绩显著提高,没有重大不良事件相关的注射观察;治疗效果与IPFP-ASCs的数量呈正相关但负面与疾病相关的持续时间和患者的年龄。IPFP-ASCs显示标志着年轻患者疗效和患者早期软骨变形(98年,99年]。的chondrogenic分化潜力IPFP-ASCs从先进的OA患者却降低了102年]。IPFP-ASCs有良好的效果在阶段I和II(骨关节炎103年]。IPFP-ASCs可能诱导产生阳性细胞骨架蛋白,有利于肌肉再生(9]。

除了subpatellar脂肪垫,msc也从subgluteal脂肪垫,腹部吸脂,腹股沟脂肪垫。msc从这些不同来源都显示良好的功能特征。术后评估在BM-MSC移植结合微裂缝比仅在微裂缝(104年]。结果subgluteal脂肪pad-derived MSC移植软骨修复的骨关节炎的膝盖似乎鼓励[105年]。移植物生存和脂肪的量和新生成的结缔组织都明显高于腹部liposuction-derived MSC-enriched脂肪移植比脂肪移植,这表明MSC-enriched贪污会使脂肪注入法可靠的替代品主要组织增大,如乳房手术或主要皮瓣手术(106年]。结合经皮注射自体脂肪干细胞tissue-derived,透明质酸,富含血小板血浆,氯化钙可能再生骨和软骨在髋关节骨坏死或膝关节骨关节炎患者107年]。IPFP-ASCs和msc的应用如表所示6。

目前,大多数研究在IPFP-ASC体外IPFP-ASC文化和IPFP-ASC动物实验。近年来,3 d打印技术解决了nonmolding干细胞分化和问题可以构造复杂的人类结构和提高细胞分化效率和/或posttransplantation生存能力。干细胞可以分化成软骨的微流体不需要生长因子(12]。随着干细胞技术和生物材料科学的发展,IPFP-ASCs将越来越广泛的应用。

6。总结与展望

与其他msc相比,IPFP-ASCs具有以下特点:(1)IPFP-ASC隔离是相对容易的,更多的干细胞可能从IPFP获得。(2)IPFP-ASCs具有很强的增殖能力和分化潜能,在chondrogenic分化和IPFP-ASCs更优越,比BM-MSCs和Sc-ASCs成骨分化。(3)IPFP-ASCs可以分泌多种细胞因子。IPFP-ASC文化上清液的注入膝关节可以减轻炎性疼痛和恢复部分关节功能,这是有关mir - 100 - 5 - p -丰富IPFP-ASCs液产生的上清液(115年]。这表明治疗膝骨关节炎IPFP-ASCs具有广阔的发展前景。(4)IPFP-ASCs可用于治疗骨关节炎和其他方法。由于IPFP解剖位置、表面标记IPFP-ASCs类似于膝关节周围其他细胞,所以IPFP-ASCs可以与其他合成移植物植入膝关节,减少免疫排斥。(5)IPFP-ASCs更适合塑造文化。(6)其他方面包括以下。IPFP-ASCs有免疫调节作用。IPFP-ASCs成体干细胞也被用在各种组织的重建。

IPFP-ASCs总之,许多问题仍有待解决,但越来越多的受到关注,因为IPFP集合很容易,IPFP包含大量的干细胞,IPFP-ASC隔离很简单,IPFP-ASCs有多向分化潜能。IPFP-ASCs将是一个有前途的干细胞来源再生医学在不断克服存在的问题,如优化预处理干细胞免疫特异性和同质性,提高IPFP-ASC分化能力进入靶细胞,探索最佳的移植阶段,并增加posttransplantation再生率。我们相信在今后解决的关键问题是,IPFP-ASC定向分化的方法将会是安全的,可控的,可以操作的。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

奇岩钟和Shi-chun王同样导致了这项工作。

确认

这项研究得到了辽宁省自然科学基金重点项目(20170540998)。

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