内皮干细胞与间充质干细胞的平衡调控共培养小球中的血管生成和成骨分化过程

《Tissue Engineering and Regenerative Medicine》：Endothelial and Mesenchymal Stem Cell Balance Regulates Vascularization and Osteogenic Differentiation in Co-culture Spheroids

　　

摘要

背景：

血管生成在骨骼再生过程中起着至关重要的作用，与血管生成相关的信号与骨形成分化密切相关。使用包含间充质干细胞（MSCs）和内皮细胞（ECs）的共培养系统作为一种策略已被广泛研究，以同时促进血管网络和骨组织的形成。值得注意的是，三维（3D）球状培养通过增强细胞间相互作用和旁分泌信号传导，更准确地模拟了自然的生活环境。然而，对于在球状培养中实现最大血管形成和成骨分化的最佳MSCs与ECs比例，目前尚未明确确定。在本研究中，我们探讨了不同MSCs与ECs比例对3D共培养球状体中血管形成和骨分化的影响。

方法：

使用三维球状培养系统制备了具有三种不同细胞组成的MSC和ECs球状体：EP（1:1 MSCs:ECs）、ME（2:1 MSCs:ECs）和EE（1:2 MSCs:ECs）。通过CD31免疫染色评估内皮网络的形成，而使用RUNX2评估成骨分化。这种方法使我们能够比较不同的MSC/EC比例对血管组织、连接结构和成骨潜力的影响。

结果：

在两个实验组中均形成了密集的球状结构。然而，MSC和EC比例平衡的EP组在EC连通性和类血管结构的形成方面表现出更明显的改善，相较于ME组。特别是，EP组中的CD31表达显著增加。相反，MSC比例较高的ME组显示出较低的EC连通性和较弱的成骨分化能力。通过细胞连接评估，EP组的粘附连接、内皮连接、紧密连接以及细胞间通信标志物水平较高。

结论：

本研究表明，在3D共培养球状体中平衡MSCs和ECs的比例对于调控血管形成和成骨分化具有重要意义。优化MSCs与ECs的比例为骨组织工程中预血管化组织的开发带来了希望。