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编号:10286773
碱性成纤维细胞生长因子对内皮细胞在聚氨酯材料上粘附的影响
http://www.100md.com 《生物医学工程学杂志》 1998年第3期
     作者:周序珑1 邓漪平2

    单位:1(暨南大学 医学病理教研室,广州 510632);2(中山医科大学 组胚教研室,广州 510089)

    关键词:碱性成纤维细胞生长因子;聚氨酯;内皮细胞化

    生物医学工程学杂志980302 内容摘要 促进内皮细胞在聚氨酯材料上粘附是实现人工心和人工血管内皮细胞化的关键一环。用荧光法观察了碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor,bFGF)对内皮细胞在聚氨酯材料上粘附的影响。结果表明,FN实验组和Ⅳ型胶原实验组的细胞粘附率分别71%和68.5%,而对照组分别是62.5%和55.25%,P均<0.05,表明bFGF能够促进内皮细胞在聚氨酯材料上的粘附。提示bFGF作为一种辅助因素加入培养基中将有助于实现人工心、血管聚氨酯材料的内皮细胞化。
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    The Influence of Basic Fibroblast Growth Factor on the

    Adherence of Endothelial Cell to Polyurethane

    Zhou Xulong1 Deng Yiping2

    1 (Dept.of Pathology;Medical College of Jinan University,Guangzhou 510632)

    2 (Dept.of Histology and Embryology,Sun Yat-Sen University of Medical Sciences,Guangzhou 510089)

    Abstract This study addressed the problem of how to promote the adherence of endothelial cells(EC) to polyurethane (PU).The influence of basic fibroblast growth factor (bFGF) on the adherence of EC to PU was observed by using the fluorescent method.The results showed that the attachment rates for two bFGF groups(PU precoated with fibronectin and PU precoated with collagen IV) were 71% and 68.5%,which were significantly higher than those (62.5% and 55.25%) for two control groups,respectively.These demonstrate that bFGF can promote EC attachment to PU, and suggest that bFGF can be used as a supplement factor in media for achievement of endothelialization on artificial heart and blood vessels.
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    Key words Basic fibroblast growth factor Polyurethane Endothelialization

    1 前 言

    人工心和人工血管内皮细胞化是近年来心血管疾病治疗学研究的一个热点。内皮细胞化的效果取决于种植的内皮细胞数、种植内皮细胞的粘附率、种植内皮细胞的抗切应力能力[1]。人工心大多采用聚氨酯(polyurethane,PU)材料制作。如何更好地促进内皮细胞在PU材料上粘附是实现内皮细胞化的关键一环。目前大多使用一些细胞外基质成分如纤维粘连蛋白(fibronectin,FN)等预衬(precoat)材料来促进内皮细胞粘附。本文用荧光法观察了碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor,bFGF)对内皮细胞在聚氨酯材料上粘附的影响,试图在原技术基础上探寻人工心和人工血管内皮细胞化的改进方法。
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    2 材料与方法

    2.1 试剂和溶液

    bFGF购自珠海东大生物制剂公司,纤维粘连蛋白(fibronectin,FN),Ⅳ型胶原(Col Ⅳ),荧光素(fluoreseindiacetate,FDA),放线菌酮(cycloheximide)等均购自Sigma公司。

    配制含10 μg/L bFGF溶液,50 mg/L FN或50 mg/L Col Ⅳ溶液、50 mg/L FDA溶液及25 mg/L 放线菌酮溶液。

    2.2 器材

    圆形PU材料,面积为0.28 cm2,96孔培养板、TLC双波长荧光扫描仪(岛津CS-930型)等。

    2.3 方法
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    2.3.1 采用本室常规方法 取长白×大白良种小猪(华南农大荔山种猪场提供,重约8 kg)主动脉内皮细胞进行原代培养,实验用第3~4代内皮细胞,倒置显微镜下直接观察和内皮细胞Ⅷ:Ag的免疫组化观察鉴定。

    2.3.2 制作细胞密度和荧光量相关曲线:参考Visser的荧光法[2] (1) 培养的第3~4代猪主动脉内皮细胞,625 mg/L胰蛋白酶——100 mg/L EDTA混合消化液消化,制成细胞悬液。数细胞8次,求出细胞密度的平均值。(2) 制成浓度分别为0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4×104/ml的梯度密度细胞悬液。(3) 离心,每管加50 mg/L FDA液0.1 ml,室温静置30 min。(4) PBS洗细胞三次,每管加1% Triton X-100 0.1ml裂解细胞,置4℃冰箱过夜。(5) 将每管细胞裂解液分别移入96孔板,在荧光扫描仪485 nm处连续测每孔的荧光强度。(6) 实验重复三次,根据已知细胞密度和荧光光密度值求出直线回归方程并做标准曲线。
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    2.3.3 bFGF对内皮细胞在聚氨酯材料上粘附的影响 (1) 将圆形PU材料放入96孔板,每孔加50 mg/L Col IV或50 mg/L FN溶液0.1 ml,4℃过夜后吸出每孔溶液,晾干后紫外灯垂直照射3 h消毒。(2) 培养的第3~4代猪主动脉内皮细胞。实验组用bFGF条件培养液,对照组用无血清M199培养液培养18 h,25 mg/L放线菌酮条件培养液培养1 h以抑制细胞合成新的ECM蛋白质,排除细胞粘附是由于新合成ECM蛋白质所致。(3) 625 mg/L胰蛋白酶——100 mg/L EDTA混合液消化细胞,制成密度为1.0×108/L的细胞悬液。(4) 将细胞加入96孔板PU材料上,每孔0.1 ml,放入37℃ CO2培养箱中培养15 min。(5) D-Hanks液轻洗三次,吸除未贴壁细胞。(6) 每孔加50 mg/L FDA液0.1 ml,室温静置30 min后,吸出FDA,每孔再分别用D-Hanks液轻洗三次。(7) 每孔加1% Triton X-100 0.1 ml,4℃过夜后,用D-Hanks液0.1 ml冲洗各孔中的PU材料,并将材料取出。(8) 在荧光扫描仪上连续测每孔485 nm波长处的荧光强度。(9) 实验重复两次,根据所测荧光光密度值在标准曲线中求出相应粘附的细胞数,再按下述公式计算出细胞粘附率,统计学处理用t检验。
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    3 结 果

    (1)内皮细胞在倒置显微镜下观察呈镶嵌鹅卵石状排列,见图1。内皮细胞Ⅷ∶Ag的免疫组化染色呈阳性。

    (2)细胞密度和荧光光密度值的测定,见表1:

    根据上述各点的荧光值求出直线回归方程为()/(Y)=780.6X-147.7972,r=0.9852,根据直线回归方程做出细胞密度与荧光光密度值的相关曲线。

    表1 细胞密度和荧光光密度值的测定

    Table 1 The value of cell density and corres ponding fluorescent density
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    Cell density

    (104/ml)

    n

    Fluorscent density

    SD

    Range of value

    Mean

    0.2

    4

    68.79

    - 89.95

    79.47
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    14.96

    0.4

    4

    152.28

    -168.82

    160.55

    11.69

    0.6

    4

    154.91

    -433.72

    294.32

    197.15
, 百拇医药
    0.8

    4

    226.78

    -504.52

    365.65

    196.39

    1.0

    4

    528.86

    -676.61

    600.73

    104.47

    1.2
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    4

    696.03

    -1071.4

    883.72

    265.43

    1.4

    4

    907.74

    -1063.6

    952.34

    110.23

    图1 原代培养已生长融合的内皮细胞×100
, 百拇医药
    Fig 1 Primary cultured endothelial cells×100

    (3)bFGF对内皮细胞在PU材料上粘附的影响:见表2、表3:

    表2 bFGF对内皮细胞在Col Ⅳ预衬PU材料上粘附的影响

    Table 2 The adherence of endothelial onto the PU precoated

    with collagen IV

    Treatment

    n

    Fluorescent value

    (±s)
, 百拇医药
    Attachment

    rate(%)

    P

    M199 with

    bFGF

    12

    386.91±123.85

    68.5

    <0.05

    M199 with

    no serum

    12
, 百拇医药
    283.48±111.31

    55.25

    表3 bFGF对内皮细胞在FN预衬PU材料上粘附的影响

    Table 3 The adherence of endothelial cells onto the PU precoated with fibronectin Treatment

    n

    Fluorescent value

    (±s)

    Attachment

, 百拇医药     rate(%)

    P

    M199 with

    bFGF

    12

    406.42±185.15

    71

    <0.05

    M199 with

    on serum

    12

    340.07±187.26

, 百拇医药     62.5

    4 讨 论

    在人工心、血管材料表面实现内皮细胞化,能够减轻植入后由于异物反应引起酶和过氧化物对材料的降解和破坏,同时内皮细胞还分泌PGI2、t-PA等活性物质形成具有抗凝特性的光滑表面。这一点已越来越多地为生物工程学家和细胞生物学家所共识[3,4]。内皮细胞化的效果取决于种植的内皮细胞数、种植内皮细胞的粘附率、贴壁细胞的抗切应力能力。其中如何提高内皮细胞的粘附率,是目前最需要解决的问题之一。因为内皮细胞在材料上粘附是进一步伸展cspreading)、迁移(migration)和增殖的前提。内皮细胞只有牢固地在材料表面粘附贴壁,才能进一步伸展、迁移、增殖最后融合成层,覆盖在人工材料表面。本文采用Visser的荧光法来检测内皮细胞在PU材料上的粘附率,原理是利用活细胞可以摄取亲脂性染料的特点,选用FDA作为细胞内的荧光标记物。FDA是一种无色、无荧光活性、无细胞特异性的亲脂性化合物,很容易通过细胞膜进入细胞,被细胞内脂酶作用转化成具有荧光特性的荧光素。而荧光素是亲水性物质,因此细胞内的荧光素不容易透出细胞膜脂质双层。通过检测细胞内的荧光强度,然后用相应标准曲线可推算出粘附活细胞的数量。
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    在人工心、血管材料表面实现内皮化,目前大多使用一些细胞外基质成分如纤维粘连蛋白(fibronectin,FN)等预衬(precoat)材料表面来促进内皮细胞粘附,而关于bFGF对内皮细胞在PU材料上粘附的影响,目前尚未见有关文献报导。本实验观察了bFGF对内皮细胞在Col IV或FN预衬PU材料上粘附的影响。结果显示,bFGF诱导18 h后,内皮细胞在Col IV或FN预衬PU材料上粘附率分别是68.5%和71%。而对照组分别为55.25%和62.5%。实验组和对照组相比,都有显著性差异(P<0.05)。说明bFGF能够促进内皮细胞在Col IV或FN预衬PU材料上的粘附。bFGF是一种单链糖蛋白,分子量16~18 KD,是内皮细胞及其它一些中胚层来源细胞分泌的一种生物活性的促分裂因子,其特点之一就是与基膜细胞外基质(extracellular matrix,ECM)中的硫酸乙酰肝素有很强的亲合力。它们以自分泌或旁分泌的形式维持内皮细胞自身和周围细胞的生长,并和ECM中的硫酸肝素结合。结合型硫酸肝素活性较弱,因此,ECM可被视作bFGF的贮存库。当组织损伤时,基膜ECM受破坏,结合的bFGF游离出来,可刺激内皮细胞增殖和分化,起促进组织修复的作用[5~8]。内皮细胞膜上有bFGF受体,据测算牛主动脉内皮细胞上bFGF受体为3000个/细胞,且bFGF和细胞膜受体的亲合力很高[9]。从目前资料来看,bFGF引起的内皮细胞的效应是多方面的。bFGF是迄今发现的促内皮细胞增殖作用最强的一种生长因子,有显著的致分裂效应;bFGF还能促进内皮细胞在ECM上粘附和迁移;促进内皮细胞合成ECM成分;bFGF还具有趋化作用,当组织损伤时,内皮细胞的迁移方向与bFGF的浓度梯度有关[10]。我们的实验还曾证实bFGF能促进内皮细胞粘附分子β1整合素表达(另文发表)。因此推测本实验中bFGF促进内皮细胞在Col IV和FN预衬材料上的粘附可能与bFGF直接或间接促进内皮细胞膜表面的β1整合素表达有关。
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    在人工心、血管内实现内皮细胞化是十分复杂的系统工程,如何促进内皮细胞在材料上更好地粘附是重要的一环。bFGF能够促进内皮细胞在Col IV和FN预衬PU材料上的粘附,因此作为一种辅助因素加入到培养基中将有助于实现人工心、血管的内皮细胞化。

    参 考 文 献

    1 Zilla P.Endothelial cell seeding of polytetrafluoroethylene vascular grafts in humans:A preliminary report.J Vasc Surg,1987;6∶535

    2 Visser MJ,van Lennep ACD,van Bockel JH et al.A new,automated and accurate in vitro method to quantify endothelial cells attached to vascular prostheses.Thrombosis and Haemostasis,1994;72∶146
, 百拇医药
    3 朱翠玲.现代生物医学工程.北京:中国科技出版社,1992∶449

    4 Lelkes PL,Samet MM.Endothelialization of the luminal sac in artificial cardiac prostheses:A challenge for both biologist and engineers.J Biomechan Engineering,1991;113∶132

    5 Baird A,Ling N.Fibroblast growth factors are presentin the extracellular matrix produced by endothelial cells in vitro:implications for a role of heparinase-like enzymes in the neovascular response.Biochem Biophys Res Commun,1987;142∶428
, 百拇医药
    6 Rifkin DB,Moscalelli D.Recent developments in the cell biology of basic fibroblast growth factor.J Cell Biol,1989;109∶1

    7 Mosealelli D.Metabolism of receptor-bound and mix-bound basic fibroblast growth factor by bovine capillary endothelial cells.J Cell Biol,1988;107∶753

    8 McNeil PL,Muthukrishnan L,Warder E et al.Growth factors are released by mechanically wounded endothelial cells.J Cell Biol,1989;109∶811
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    9 Olwin BB,Hauschka SD.Identification of the fibroblast growth factor receptor of Swiss 3T3 cells and mouse skeletal muscle myoblast.Biochemistry,1986;25∶3487

    10 Gajdusek CM,Carbon S.Injury-induced release of basic fibroblast growth factor from bovine aortic endothelium.J Cell Physiol,1989;139∶570

    (收稿:1997-03-27 修回:1997-09-29), 百拇医药(周序珑1 邓漪平2)