骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞通過骨內(nèi)血管重塑預(yù)防去卵巢小鼠骨質(zhì)疏松形成

文獻(xiàn)信息

近日，昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院骨科、中國云南昆明醫(yī)科大學(xué)等單位的研究成果“Mesenchymal stem cells prevent ovariectomy-induced osteoporosis formation in mice through intraosseous vascular remodeling（骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞通過骨內(nèi)血管重塑預(yù)防去卵巢小鼠骨質(zhì)疏松形成）在雜志BIOCHEMICAL AND BIOPHYSICAL RESEARCH COMMUNICATIONS上發(fā)表。平生公司的離活一體CT（NEMO）在論文中提供了重要的小鼠股骨圖像和定量分析。

該研究的通訊作者為何飛，共同第一作者為王偉舟、王旸昊、唐志宏。

文獻(xiàn)背景：

間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）可以促進(jìn)成骨，是治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的一種很有前景的方法。然而，在絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥中，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞誘導(dǎo)的骨內(nèi)微循環(huán)改善與骨量增加之間的關(guān)系尚不清楚。對原代骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞進(jìn)行鑒定后，將其移植到去卵巢小鼠體內(nèi)。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植可增加去卵巢小鼠的骨小梁數(shù)量、骨小梁體積/總體積和骨小梁密度。為了確定骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在血管修復(fù)中的作用，對小鼠進(jìn)行股動脈結(jié)扎。通過激光散斑流量計、血管灌注和股骨小梁骨和皮質(zhì)骨分析，我們確定了骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在促進(jìn)骨內(nèi)血管生成和預(yù)防小鼠骨質(zhì)疏松方面的作用。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞有效地預(yù)防了絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的發(fā)展，這與骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞參與骨骼內(nèi)微循環(huán)的重建有關(guān)。

實(shí)驗方法：

小鼠股動脈結(jié)扎模型及細(xì)胞移植

為了探討骨內(nèi)血管對股骨骨量的影響，所有接受OVX手術(shù)的小鼠隨機(jī)分為兩組：股動脈結(jié)扎（FAL）組和FAL&MSCT組。在OVX手術(shù)后第7天，通過左側(cè)FAL建立后肢缺血模型。麻醉小鼠，分離左側(cè)股動脈，用8-0絲結(jié)扎，縫合切口，消毒皮膚。小鼠右后肢為假手術(shù)組：僅暴露和分離動脈及周圍軟組織，不結(jié)扎股動脈。在FAL后24小時和24天每只小鼠通過尾靜脈注射劑量為1X106MSCs，F(xiàn)AL組在相應(yīng)時間點(diǎn)通過尾靜脈注射等量PBS。FAL術(shù)后35天，處死兩組小鼠，取雙側(cè)股骨。

股骨顯微CT分析

小鼠股骨的顯微CT（NEMO，平生醫(yī)療科技有限公司）成像和定量分析按照先前報告的方案進(jìn)行。使用Cruiser軟件（平生醫(yī)療科技有限公司）進(jìn)行掃描和重建，使用Avatar軟件（平生醫(yī)療科技有限公司）分析感興趣區(qū)域（ROI）數(shù)據(jù)，并使用FDK算法重建CT圖像。小梁骨分析在股骨遠(yuǎn)端生長板上方0.5 mm處進(jìn)行。在股骨中段進(jìn)行皮質(zhì)骨參數(shù)分析。獲得了以下分析數(shù)據(jù)：骨體積分?jǐn)?shù)（BV /TV）、數(shù)量（N）和骨小梁的骨密度（Tb）；皮質(zhì)骨（Ct）的骨密度、厚度（Th）和面積分?jǐn)?shù)（Ar /Tt.Ar）。

Microfi灌注和基于CT的微血管成像

在FAL手術(shù)后第1、14和28天，采用心臟灌注Microfil復(fù)合物評估股內(nèi)血管的分布。股骨雙側(cè)剝離，用4%多聚甲醛固定，并用0.5 M EDTA脫鈣。使用micro-CT系統(tǒng)對小鼠股骨進(jìn)行重建掃描，并計算相對于組織體積的血管體積（VV /TV）。

實(shí)驗結(jié)果：

重建并分析股骨遠(yuǎn)端小梁和股骨中段皮質(zhì)骨，以評估骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在體內(nèi)對骨質(zhì)疏松癥的影響（圖2A）。作者的結(jié)果表明，在小鼠OVX后，Tb. BV/TV（P=0.0022），Tb.N（P=0.001）和Tb.BMD（P=0.0002）顯著降低。與OVX組相比，OVX &MSCT組的骨小梁顯示Tb.BV/TV (P=0.0002), Tb.N (P < 0.0001) and Tb.BMD (P < 0.0001)顯著增加（圖2B）。CT分析結(jié)果顯示，Ct.Ar/Tt.Ar, Ct.Th 和 Ct.BMD沒有顯著差異（P>0.05，圖2C）。這些結(jié)果表明，這些結(jié)果表明，MSCT可顯著減少小鼠骨小梁的骨損失。

卵巢切除誘導(dǎo)小鼠骨質(zhì)疏松癥的預(yù)防。（a） OVX手術(shù)后第35天對小鼠股骨進(jìn)行顯微CT骨掃描和基于CT的三維微血管成像。（b） Tb.BV/TV、Tb.N、Tb.BMD的定量分析（c） Ct.BMD，Ct.Th和Ct.Ar /Tt的定量分析。（d）小鼠股骨HE染色結(jié)果。（e） 小鼠股骨Masson染色結(jié)果和（g）Nb.S/BS的統(tǒng)計分析。（f） 小鼠股骨Trap染色結(jié)果和（h）Oc.S/BS.比例尺， 200 μm和40 μm n=6.*P＜0.05，**P＜0.01，***P＜0.001，****P＜0.0001，ns≥0.05.

作者評估了血管灌注的減少是否對骨體積有影響。通過比較小鼠FAL后第28天左側(cè)股骨和右側(cè)股骨的顯微CT結(jié)果（圖3A），我們發(fā)現(xiàn)，無論小鼠是否注射MSCs，Tb都會增加。BV/TV（P=0.0003，注射；P=0.0488，無注射），Tb.N（P<0.0001，注射；P<0.0001，不注射）和Tb.BMD與右側(cè)相比，左側(cè)的BMD（P<0.0001，注射；P<0.0001，未注射）顯著降低（圖3B）。相比之下，與PBS注射相比，MSCT不僅促進(jìn)了微循環(huán)的生成但也在一定程度上避免了結(jié)扎造成的骨質(zhì)流失（P<0.0001）。此外，作者沒有在CT.Ar /Tt,Ct.Th和Ct.BMD觀察到血流改變的影響。（P>0.05，圖3C）。結(jié)果表明，血管灌注的減少可以加速松質(zhì)骨質(zhì)量的下降，而MSCT也可以減少骨丟失。

 

預(yù)防股動脈結(jié)扎（FAL）誘導(dǎo)的小鼠骨質(zhì)疏松癥。（a） FAL手術(shù)后第28天（R：右側(cè)，L：左側(cè)）對小鼠股骨進(jìn)行顯微CT骨掃描和基于CT的三維微血管成像。（b） Tb .BV/TV, Tb.N, and Tb.BMD定量分析（c） Ct.BMD, Ct.Th, and Ct.Ar/Tt.Ar. 的定量分析，每組6只。*P＜0.05，**P＜0.01，***P＜0.001，****P＜0.0001，ns≥0.05.

文獻(xiàn)結(jié)論：

絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥是原發(fā)性骨質(zhì)疏松癥最常見的形式之一，其特征是骨密度降低和骨結(jié)構(gòu)破壞。MSCT是治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的一種新的潛在治療方法，并已被證明能增強(qiáng)小鼠的骨量。在這項研究中，作者重點(diǎn)研究了骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在治療去勢小鼠骨量和骨內(nèi)微循環(huán)改變中的作用。隨著研究的進(jìn)展，血管在組織修復(fù)中的作用已經(jīng)得到了更好的理解。由于骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞對再生和改善血管生成潛能的貢獻(xiàn)受到關(guān)注，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞已成為治療骨質(zhì)疏松癥的有效方法。因此，在治療骨質(zhì)疏松癥時，不僅要考慮增加骨量，還要考慮血管修復(fù)，這樣才能更好地保證骨質(zhì)疏松癥治療的療效。

使用設(shè)備：

Micro CT（型號：NEMO）（平生醫(yī)療科技）

影像軟件：Avatar（平生醫(yī)療科技）