脉冲电磁激励骨髓间充质干细胞移植修复脊髓损伤的实验研究

Spinal cord injury (SCI) is a disease with a high incidence rate and high disability rate. Cell transplantation therapy is the hot spot of current research for treating spinal cord injury. How to obtain the high activity of the "seed cells" is an urgent problem to be solved. Our team found that the treatment effect of transplantation of bone marrow mesenchymal stem cells (bone mesenchymal stem cells, BMSCs) was limited, mainly due to its low ability in the survival, proliferation and differentiation of the suppressant microenvironment. After excited by pulsed electromagnetic fields (PEMF), BMSCs’ activity, proliferation and differentiation ability can be significantly enhanced. However, the best intensity of the excitation, the potential molecular mechanisms and the effect of transplantation in treating spinal cord injury are still unclear. In this topic, we will use different intensities of PEMF to excite BMSCs and select the best intervention intensity; We will use the selected BMSCs to repair SCI in rats and observe its proliferation and differentiation and the rats motor function; Further, we will use western-blot technology to detect the level of Notch signaling pathway related receptor and ligand expression, and BMSCs activity and PEMF, initially on its potential molecular mechanism and signal pathway. Overall, we want to provide a new way for repairing spinal cord injury.

脊髓损伤（SCI）发病率高、致残率高，细胞移植治疗是目前的研究热点。如何获得高活性的“种子细胞”是急需解决的问题。课题组发现，单纯移植骨髓间充质干细胞（BMSCs）修复脊髓损伤的疗效有限，主要因其在抑制性微环境的存活、增殖及分化能力较低。而经脉冲电磁场（PEMF）激励后的BMSCs其活性及增殖分化能力可以得到显著增强。但最佳的激励强度、潜在的分子机制和移植修复脊髓损伤的疗效仍不清楚。本课题拟采用不同强度的PEMF激励BMSCs，以选择最佳的干预强度；将最佳强度PEMF激励后的高活性BMSCs移植修复SCI，观察其在大鼠体内增殖分化情况和大鼠运动功能恢复水平；进一步采用Western-blot技术检测Notch信号通路相关受体及配体表达水平与PEMF提高BMSCs活性的相关性，初步阐述其潜在的分子机制和信号通路。为脊髓损伤的修复提供新的思路。

研究目标：脊髓损伤是一种严重的创伤性疾患，会导致肢体感觉和运动功能障碍，致残率较高。目前，细胞移植治疗是研究的热点。然后细胞移植治疗仍面临着很多的困难，如移植细胞的存活率低，在损伤后抑制性微环境中分化和迁移能力差，免疫排斥反应以及伦理学问题。在本研究中，我们探讨不同轻度的脉冲电磁场是否能够提高骨髓间充质干细胞的生物学活性，并观察被脉冲电磁场激励的骨髓间充质干细胞移植到脊髓损伤大鼠体内的治疗效果。并进一步探讨其潜在的生物学机制。.研究方法：在体外实验中，我们通过检测CCK-8观察不同强度脉冲电磁场刺激骨髓间充质干细胞的增殖能力，并选择最佳的激励强度。通过WB检测方法观察神经营养因子BDNF, NGF 和NT-3的表达水平，并通过TUNEL染色检测细胞的凋亡情况。将具有最佳生物活性的种子细胞局部移植到大鼠脊髓损伤部位，通过免疫荧光染色观察神经细胞的生长情况，应用WB观察神经营养因子表达水平，并检测p75NTR-Trk通路蛋白的表达水平，最后采用BBB评分观察大鼠运动功能恢复情况。.研究结果：我们观察到最佳的脉冲电磁场干预强度为50 Hz, 1 mT持续照射9天，在这个干预强度下，骨髓间充质干细胞表现出最佳的增殖能力，并且能分泌出最多的神经营养因子。此外脉冲电磁场干预并不导致种子细胞凋亡的上升。在体内实验中，我们观察到细胞移植组获得了最好的组织学修复并降低了瘢痕组织的生成，治疗组的NF200表达明显高于其他组，且GFAP的表达明显低于其他组。治疗组的神经营养因子BDNF明显高于其他对照组。此外，P75NTR-Trk信号通路蛋白的高表达可能是其潜在的调控机制。.结论：适宜强度的脉冲电磁场能够提高骨髓间充质干细胞的生物学活性，并促进种子细胞表达神经营养因子，将激励后的种子细胞移植修复大鼠脊髓损伤得到了满意的治疗效果。其潜在的修复机制可能与p75NTR-Trk信号通路的调控相关。