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间充质干细胞是来源于发育早期中胚层的具有高度自我更新能力和多向分化潜能的多能干细胞，目前已从骨髓、脂肪、羊水、真皮、牙、滑膜、骨骼肌、胎肺、胎肝、脐血等多种组织中分离出间充质干细胞，可在体外培养扩增，且易于转染外源基因，在特定条件下可分化为成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞、肌肉细胞等，在组织工程、基因工程和造血干细胞移植领域有较好的应用前景。近来资料显示，从脐带静脉内皮、内皮下层以及血管周围细胞中均可分离得到间充质干细胞^[1-5]，而且脐带比骨髓来源的间充质干细胞有更高的增殖潜能、分化能力和基因转染效率^[6-7]，引起了更多研究者的关注。目前对人脐带间充质干细胞超微结构的分析还很少，而细胞形态结构和功能密不可分，为此实验探讨人脐带间充质干细胞功能与原子力显微镜下超微结构的关系。

近年来关于干细胞移植治疗的基础研究和临床应用成为各国实验室的热门课题，但要将其成功地运用于临床实践，仍有大量问题需要解决：如何获取大量的干细胞，同时维持其不分化状态；如何避免各种病原体的污染；在整个发育过程中，究竟处于哪个阶段的干细胞最适合于移植；如何减少或避免免疫排斥反应等。间充质干细胞具有跨胚层分化能力，并且广泛存在多种组织中等。虽然骨髓是目前实验和临床研究间充质干细胞的主要来源，但骨髓取材有创伤性，来源受到限制，且有病毒感染、出血等潜在危险；而且随着年龄的老化^[8-9],骨髓源间充质干细胞数量及增殖分化潜力显著下降。脐血中间充质干细胞数量目前尚存争议^[10-11]。而从脐带中分离培养间充质干细胞具有明显的优越性^[1-7]：来源广泛，容易获取；不受伦理及法理的限制；人脐带间充质干细胞病毒感染机会小，对供者和患者无不良影响；其细胞增殖能力强、多向分化潜能高、免疫原性低、转染外源性基因效率高等。实验采用酶消化法获得脐带间充质干细胞，培养七八天就可形成80%融合贴壁细胞层。传3代后的细胞生长速度较原代明显增快，约两三天可传代1次。脂肪诱导2周可见胞浆中有大量小脂滴，成骨诱导3周细胞碱性磷酸酶染色为阳性反应，说明人脐带间充质干细胞向成脂、成骨细胞分化的潜能。细胞周期测定提示大部分细胞处于间期，少部分细胞处于增殖期，说明其具有强大的增殖潜能。人脐带间充质干细胞强表达黏附分子CD44和整合素家族成员CD29，与其黏附、迁移、分化能力密不可分；内皮细胞标志CD106弱表达，而骨髓间充质干细胞标志CD106呈强表达^[6]，脂肪干细胞CD106表达阴性，这可与之鉴别^[12]；区别于造血干细胞标志CD34则表达阴性。尽管不同来源的人间充质干细胞可表达共同的免疫表型，如CD44，CD90，CD105等，但在超微结构上仍有区别^[13]。人们对间充质干细胞超微结构的观察多采用扫描电镜、透射电镜和倒置显微镜等。但是电镜的样品制备过程复杂，并且需要真空观察，限制了其广泛应用。原子力显微镜制样简单，不需要染色、固定以及其他复杂的制样过程，无侵入性和破坏性，又能够在细胞的自然状态下进行观测，具有高空间分辨率，横向分辨率可达0.1~0.2 nm，纵向分辨率高达0.01 nm，可直接观察到细胞间的相互作用、局部黏附性、细胞骨架、能量梯度、信号转换等^[14]。实验在原子力显微镜下观察到人脐带间充质干细胞许多独特的形态结构，这与人骨髓间充质干细胞相类似^[15-18]。间充质干细胞多呈长梭形，细胞体积很大，当采用100 μm扫描器进行成像时，只能对一个细胞部分扫描，较难得到其整体形貌像。在实验图像上测得细胞长度几乎都超出了80 μm，宽度可达30~40 μm，高度约1 μm。细胞形态决定了其黏附、伸展、迁移、增殖等行为^[19]。Prockop等^[20-21]研究表明，间充质干细胞按形态至少可分成两类：一类是快速自我更新的、小的、圆形或梭样细胞；一类是缓慢生长的、大的、立方形或扁平状细胞。细胞越扁平，黏附性可能越大，迁移能力越低^[16]。实验结果表明，第3代人脐带间充质干细胞以小的、长梭形为主，大扁平细胞几乎没看到；细胞骨架蛋白丝(主要是微管、肌动蛋白丝和中间丝)延伸至整个细胞质，形成了梭样结构，说明其强大的增殖、迁移潜能；细胞周边也有许多平行排列纤细的肌丝和大量的丝状伪足，这些都利于细胞的贴壁生长、移动及向其他组织细胞分化；细胞核区很大，很完整，核膜清晰，细胞核长20~30 μm，宽11~15 μm，核区的平均高度比胞浆部分的平均高度要大。造成这种高度的差别可能有两种原因：一是玻片上细胞核本身比胞浆部分要高；二是人脐带间充质干细胞染色质活跃，形成了一个相对密实的区域，因此核区和探针的作用力要大于胞浆部分和探针的作用力，这种力的差别通过图像上的高度差别反映出来。人脐带间充质干细胞细胞核含两三个清晰的核仁，核质比较小，这也提示了其活跃的功能状态。对毗邻的两个细胞间相互融合生长，并呈现出网状结构，这可能利于细胞间的信号传导、物质交换和细胞分化等。在细胞膜表面有大量密集的颗粒状物质，这可能是扫描电镜下观察到的突起的微绒毛^[22-23]，这种结构使细胞能够摄取大量的营养物质，从而维持自身的生长、增殖需要。细胞形态改变是间充质干细胞定向分化的决定因素之一^[24]。Yourek等^[17]用原子力显微镜和荧光显微镜观察到骨髓间充质干细胞向成骨分化是细胞骨架重排的结果。而间充质干细胞跨胚层分化如向外胚层的神经细胞分化能力仍然存在争议^[25]，Lu等^[26]认为间充质干细胞用化学方法诱导后出现的细胞改变是细胞毒性损害、胞浆收缩、细胞骨架改变的结果。如果能动态观察间充质干细胞生长、分化过程中超微结构与功能的变化，这些问题将迎刃而解。实验用原子力显微镜描述了人脐带间充质干细胞表面的超微结构与其强大的增殖、迁移、分化潜能密不可分，在组织工程中具有较好的应用前景。但原子力显微镜扫描范围比较窄，且无法像电镜一样观察到细胞内更深的结构，随着研究的深入，将会结合透射电镜等其他显微技术进一步分析人脐带间充质干细胞的功能与超微结构的关系。

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