液压脉冲载荷诱导成熟神经元样细胞的研究

神经干细胞的发现和研究为神经再生这一难题提供了新的契机。目前，关于神经干细胞的增殖与定向分化中存在着如分化细胞不能够获得成熟神经元的全部特征、分化存活率低及分化不确定等问题。总结当前力学载荷对神经干细胞的影响,从胚胎发育学及神经干细胞生长微环境角度考虑，我们认为脉冲载荷可能是影响神经干细胞生长、发育、增殖、迁移及分化的合适力学环境，可能诱导出相对成熟的神经元样细胞，并影响其有序排列及定向迁移。我们研制和完善细胞脉冲力学加载装置，首先研究脉冲载荷对神经干细胞结构、功能及分化的影响；其次探索神经干细胞定向诱导分化的合适力学参数；进而研究神经元样细胞功能、类型、迁移及排列的力学响应规律；最后初步探索神经干细胞定向诱导分化的力学生物学机理。该研究是对神经生物学研究的完善和补充，为神经组织工程构建提供理论基础，既有科学意义又有实际应用价值。

本课题的主要目的是初步探索仿生脉冲载荷对NSCs增殖与分化的影响，研究力学因素对NSCs生长及分化的影响。从课题的总体进展来看，已基本完成基金任务书要求的几个主要内容，取得了一定的成果，并且得到几点新的发现，具体如下：.一、成功进行NSCs提取并进行克隆化培养，掌握NSCs定向诱导神经细胞分化的关键技术.(1) 胚胎大鼠的脑皮层组织中可分离出神经干细胞，在体外培养可以经过传代使NSCs保持其增殖及分化能力。(2) 普通光镜下可以观察NSCs贴壁后逐渐分化，胞体逐渐增大并伸出突起，免疫荧光显示，NSCs分化而得的细胞可呈现NSE、GFAP和MBP阳性，具有为神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞的形态学特征。.二、研制成功数控可视化液压脉冲力学加载装置.对整个操作系统的可适性和设备的精确度进行了深度的改进。目前系统主要包括三大部分：数控触屏系统、液压动力装置和无菌细胞培养仓。系统可以精确控制装置运行的时间、波形、频率、幅度及应变的力学载荷。目前，可实现0.1—3 Hz频率范围内的位移加载，实施波形可以是半正弦波、正弦波、方波和尖波等.三、发现基底膜弹性模量影响NSCs分化为神经细胞比例.研究采用了两组生物硅胶膜（天津塑料研究所，美国 SMI公司），弹性模量分别为：4.255±0.344MPa 和 2.256±0.096MPa。结果显示：两种生物硅胶膜均随着拉伸力的增加拉伸应变也随之增加，具有良好的量化关系。流式结果显示，在一定范围内，弹性模量越小，可促进诱导NSCs向星形胶质细胞分化比例，在神经元的分化比例上还需进一步验证。.四、发现一定频率的脉冲载荷可影响NSCs的生长、神经网络的成熟及排列.分为普通生物硅胶膜组和0.2 Hz液压脉冲力学加载组，随着培养天数的增加，细胞球逐渐分化为多种形态，细胞之间伸出突起相互连接成网。定量学分析得出，经脉冲载荷给予0.2Hz，87.5 Pa的刺激，可明显促进NSCs分化过程中突起的数量及长度，促进神经网络的形成。.总结，课题研究证实了在NSCs向神经元样细胞分化的研究过程中，力学因素在神经细胞的成熟与网络形成中占有重要的地位；0.2 Hz、87.5 Pa范围的力学载荷不能明显促进NSCs向神经元分化，需进一步在更高频率、不同应变范围的载荷下作进一步地科研探索。