低频电磁场在骨髓源性神经元形成及促进鼠脊髓神经再生中的作用机制研究

The key issue at present in stem cell transplantation for treating spinal cord injury（SCI）is about how to induce the differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells (BMSC) into functional neurons. Our previous study finded that low frequency electromagnetic fields (LFEMF) could upregulate the brain derived neurotrophic factor (BDNF) gene and facilitate the induction of rat bone mesenchymal stem cells to differentiate into functional neurons, but which need a further research for the mechanism behind these findings. Based on it, this study will perfect the LFEMF induced scheme, observe the change of miRNA gene expression profile while rat BMSC induced differentiation into neurons，and analyze the key miRNA related with BDNF target gene using computer software; and then infect SCI rats by lentivirus and silent the key miRNA. qPCR, western blot method, and cell patch clamp technology and transmission/scanning electron microscopy, functional imaging detection methods will be used to explore the mechanism of LFEMF on the formation of bone marrow derived neurons and BMSC transplantation for promoting the nerve regeneration of SCI, to expand new ideas for LFEMF inducing stem cell differentiation, and to provide the theoretical basis for clinical application of LFEMF to treat SCI.

目前骨髓间充质干细胞（BMSC）如何向功能性神经元分化，是其移植治疗脊髓损伤（SCI）的关键问题。本课题组利用低频电磁场（LFEMF）体外干预BMSC发现，LFEMF可影响脑源性神经营养因子（BDNF）基因表达，并诱导BMSC向功能性神经元分化，其机制有待进一步研究。本项目拟在此基础上，优化LFEMF诱导BMSC分化的方案，利用miRNA表达谱筛查LFEMF诱导骨髓源性神经元形成前后基因表达的差异，通过计算机软件分析与BDNF靶基因相关的关键miRNA；然后用慢病毒感染SCI大鼠沉默关键miRNA表达，运用qPCR、Western blot、细胞膜片钳等技术和透射/扫描电镜、功能影像学检测方法，探讨LFEMF在骨髓源性神经元形成及促进脊髓神经再生中的作用机制。为LFEMF诱导干细胞分化的研究拓展新思路，为临床应用LFEMF治疗SCI提供理论依据。

中枢神经损伤疾病是临床康复工作的疑难问题。近年来，越来越多的研究支持骨髓间充质干细胞（BMSC）能够跨越胚层向神经细胞分化，形成骨髓源性神经细胞。如何有效诱导BMSC向功能性神元定向分化是BMSC移植治疗中枢神经损伤疾病亟待解决的问题。低频电磁场（LFEMF）作为临床常用的物理治疗方法，对多种干细胞增殖、分化有不同的生物效应，其作用机制还不清楚。. 我们课题组通过本项研究，1、明确提出全骨髓培养法获取的骨髓间充质干细胞存在异质性问题，通过悬浮培养法可以较快获取骨髓源神祖细胞；2、通过优化实验方法，我们提出了如何更好富集骨髓源神经祖细胞的方案；3、明确提出50Hz/5mT电磁场具有促进进骨髓源神经祖细胞向功能性神经细胞分化作用；4、课题组掌握了构建携带目的基因慢病毒载体及察检测技术；5、尝试了组织工程载体技术细胞移植；6、制作大鼠T10脊髓损伤模型；同时，尝试建立了脑损伤动物模型；7、研制了适合动物实验用的电磁场发生器；8、通过与国外高水平研究平台交流学习，建立医院科室与ICORD的联系，带回宝贵的细胞和动物实验技术和经验。. 以上这些基础研究工作技术和平台，为我们开展电磁场在干细胞在神经再生领域的应用与转化研究奠定了坚实基础。同时，吸引了更多优秀的研究者参与到我们的研究中，也为下一步深入的研究做好了准备。