骨髓间充质干细胞移植脑梗死模型后的CT、MRI特征分析

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2015.36.010

摘要/Abstract

摘要：

背景：研究表明骨髓间充质干细胞可通过多种途径发挥促进脑组织功能恢复的作用。
目的：分析骨髓间充质干细胞移植脑梗死模型大鼠的CT、MRI特征。
方法：将40只脑梗死模型大鼠随机分为2组，梗死组通过尾静脉注射1 mL PBS、移植组通过尾静脉注射1 mL细胞浓度为2.0×109 L-1的细胞悬液。于移植后1，2，3周进行神经功能缺损评分(mNSS)，评价神经功能恢复情况；于移植后的6 h，1，3，5，7 d对各组大鼠行CT及MRI扫描，观察脑梗死区TIWI、T2WI、FLAIR、DWI序列的信号改变特征，梗死体积大小。测量脑梗死区域T1WI、T2WI、FLAIR、DWI序列的信号强度比(SIR)及其相对变化率(?SIR)，并与正常对侧相应解剖区域进行比较。
结果与结论：移植后1，2，3周，移植组的神经功能缺损评分明显低于梗死组(P < 0.05)；移植后3，5，7 d时移植组脑梗死体积较梗死组显著减少(P < 0.05)，移植组T1WI序列SIR均明显高于梗死组，T2WI、FLAIR序列SIR较梗死组显著降低，差异有显著性意义(P < 0.05)；移植后7 d时移植组DWI序列SIR较梗死组明显降低(P < 0.05)。移植组T1WI序列?SIR与梗死组比较差异无显著性意义(P > 0.05)，移植组T2WI、FLAIR及DWI序列?SIR较梗死组显著增高，差异有显著性意义(P < 0.05)。结果显示MRI可显示大脑任意角度的切面像，对骨髓间充质干细胞移植治疗脑梗死的疗效评价起重要作用。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞；骨髓干细胞；造血干细胞；脂肪干细胞；肿瘤干细胞；胚胎干细胞；脐带脐血干细胞；干细胞诱导；干细胞分化；组织工程

关键词: 干细胞, 移植, 骨髓间充质干细胞, 大鼠, 脑梗死, CT, MRI, 特征分析, 细胞移植

Abstract:

BACKGROUND: Studies have shown that bone marrow mesenchymal stem cells can play a catalytic role in brain function recovery through a variety of ways.
OBJECTIVE: To analyze the CT and MRI features of rats with cerebral infarction undergoing bone marrow mesenchymal stem cell transplantation.
METHODS: Forty rats with cerebral infarction were randomized into two groups: model group was treated with
1 mL PBS and transplantation group was injected with 2.0×109/L cell suspension. Modified neurological severity score was detected at 1, 2, 3 weeks after transplantation for neurological function evaluation. CT and MRI scans were performed at 6 hours, 1, 3, 5, 7 days after transplantation to observe the changing features of T1WI, T2WI, FLAIR, DWI sequences in the infracted area as well as infarction size. Signal intensity ratios (SIR) of T2WI, FLAIR, DWI sequences and relative rates of change (?SIR) were determined and compared with the normal values.
RESULTS AND CONCLUSION: After transplantation 1, 2 and 3 weeks, the modified neurological severity scores were significantly lower in the transplantation group than the model group (P < 0.05). After transplantation 3, 5, 7 days, the infracted size was reduced significantly in the transplantation group compared with the model group
(P < 0.05). Compared with the model group, SIR value of T1WI sequence was higher, but the SIR values of T2WI
and FLAIR sequences were lower in the transplantation (P < 0.05). There were significant differences in the ?SIR values of T2WI, FLAIR and DWI (P < 0.05) rather than T1WI (P > 0.05) between the two groups. These findings indicate that MRI can show the brain sections at any angle, and play an important role to assess the therapeutic efficacy of bone marrow mesenchymal stem cell transplantation on cerebral infarction.

Key words: Bone Marrow, Mesenchymal Stem Cell Transplantation, Brain Infarction, Magnetic Resonance Imaging

中图分类号:

R394.2

杨廷双. 骨髓间充质干细胞移植脑梗死模型后的CT、MRI特征分析[J]. 中国组织工程研究, 2015, 19(36): 5795-5799.

Yang Ting-shuang. Bone marrow mesenchymal stem cell transplantation for cerebral infarction: CT and MRI characteristics[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2015, 19(36): 5795-5799.

图/表（结果） 2

2.1 骨髓间充质干细胞的形态培养4 d时，呈亮点状贴壁生长，散在分布于培养瓶底，培养5-8 d时可观察到细胞呈长梭形，有少量集落形成，胞体饱满，可见细胞核及核仁，形态渐趋于一致，贴壁细胞分布较均匀，当细胞融合时，呈平行或漩涡状生长。14至15 d时贴壁集落数目明显增多，分布均匀，与邻近集落融合成片，单个细胞呈长梭形、胞体饱满。经多次传代后的骨髓间充质干细胞呈漩涡状分布，均一性较好，形态基本一致，见图1。 2.2 各组大鼠神经功能缺损(mNSS)评分移植组的神经功能缺损评分明显低于梗死组，但略高于正常大鼠(正常大鼠mNSS评分为0)(P < 0.05)，见图2。 2.3 CT及MRI扫描结果脑梗死后的CT表现为圆形、类三角形或细线条样的低密度影，病灶可单发或多发；MRI图像表现为：T1WI加权低信号，T2WI为高信号，FLAIR为高信号或高、低混杂信号，DWI为高、低混杂信号或等信号。对脑梗死的检测率MRI明显优于CT，CT一般在起病后的24 min-48 h方可显影，而MRI在起病后的6-48 h，T2WI上即可出现增强信号显影；且CT的空间及密度分辨率均不如MRI，对幕下病变不易被发现。MRI能使梗死病灶及早被发现，是脑梗死较为敏感的检测方法。移植后3，5，7 d，移植组T1WI序列SIR均明显高于梗死组，T2WI、FLAIR序列SIR较梗死组显著降低，差异有显著性意义(P < 0.05)；移植组在移植后7 d时DWI序列SIR较梗死组明显降低，差异有显著性意义(P < 0.05)。移植组T1WI序列?SIR与梗死组比较差异无显著性意义(P > 0.05)，移植组T2WI、FLAIR及DWI序列?SIR较梗死组显著增高，差异有显著性意义(P < 0.05)，见表1，表2。 2.4 各组大鼠脑梗死体积在移植后3，5，7 d时移植组脑梗死体积较梗死组显著减少，差异有显著性意义(P < 0.05)，见图3。

参考文献

引言

材料方法

1.1 设计随机对照动物实验。

1.2 时间及地点实验于2014年2月至2015年1月在天津医科大学中心实验室完成。

1.3 实验动物和材料 SD大鼠45只，1月龄，雌雄不限，体质量215-250 g，由天津医科大学实验动物中心提供，动物质量合格证号：SSCXK(津)20050002。将45只SD大鼠于恒温下饲养，给予自由饮水和摄食，并于术前12 h禁食。所有动物的处置方法均符合动物伦理学的要求。

骨髓间充质干细胞培养及其移植后脑梗死大鼠CT、MRI检测所用主要试剂、仪器：
试剂及仪器	来源
L- DMEM培养基	美国Becon Dickinson公司
体积分数为10%胎牛血清	杭州博日
细胞培养箱	威海鸿宇医疗器械有限公司
倒置显微镜	日本Olympus公司
凝胶图像分析仪	上海凯来实验设备有限公司
高速低温离心机	北京天根生化有限公司
超净工作台	苏州安泰空气技术公司
快速薄层层析硅胶纸	上海仕元科学器材有限公司
磁共振扫描仪	美国GE Signa HDx 3.0T超导型
CT设备	德国西门子公司6排螺旋CT

1.4 实验方法

1.4.1 骨髓间充质干细胞的培养取1只SD大鼠行脱髓处死后，浸泡于体积分数为75%乙醇中进行全身消毒 10 min左右。按无菌操作原则分离双侧胫骨、股骨，采用PBS清洗干净后，剪去两端骨骺，显露骨髓腔，去除另一端骨骺，应用含D-Hank’s液的注射器反复抽吸冲洗骨髓腔，制成单细胞悬液，用含体积分数为10%胎牛血清的DMEM培养液重悬细胞，以4×10¹⁰ L^-¹的细胞浓度接种到100 mL培养瓶中，放置在37 ℃、体积分数为5% CO₂及饱和湿度孵育箱中孵育，第3天行半量换液，去除非贴壁细胞，以后每隔3 d行全量换液，并以1︰2比例传代。逐日观察细胞的生长情况，待细胞融合率达80%-90%时，开始下一次传代，再次传代时以1︰3比例进行。骨髓间充质干细胞经多次传代培养后逐渐得到纯化和扩增。选取生长良好的第6代细胞，以细胞浓度为2.0×10⁹ L^-¹的细胞悬液进行移植。

1.4.2 大鼠脑梗死模型的建立将参与建模的44只SD大鼠，以10%水合氯醛4 mL/kg进行腹腔注射麻醉后，颈部正中做切口，游离右侧的颈总、颈内及颈外动脉，分别结扎颈总动脉及颈外动脉，制作“v”形切口于颈总动脉近分叉处，将一末端用酒精灯烧成圆头的尼龙线置入颈总动脉分叉处入颈内动脉18 mm，直至感到轻微阻力感，阻断自大脑中动脉起始段及其所有血液供应，结扎颈内动脉，制成大脑中动脉栓塞模型。大鼠即刻出现右侧Horner征为造模成功的标志。

1.4.3 动物分组参与建模大鼠44只，失败2只，造模后死亡2只，将余下的40只大鼠随机分为脑梗死组及移植组，每组20只。另取20只大鼠作为正常对照。

1.4.4 细胞移植于模型建立成功后24 h，脑梗死组通过尾静脉注射1 mL PBS、移植组通过尾静脉注射1 mL细胞浓度为2.0×10⁹ L^-¹的细胞悬液。

1.4.5 各组大鼠神经功能缺损(mNSS)评分改良神经功能缺损评分内容为运动、感觉、平衡和反射4个部分的评分，总分为18分，正常大鼠为0分，评分越低说明大鼠的神经行为学功能越好，评分越高，说明神经功能障碍越严重。各组大鼠移植后1，2，3周进行mNSS评分。

1.4.6 CT及MRI扫描移植后6 h以及1，3，5，7 d进行CT及MRI扫描。

CT扫描设备采用SIE MENS6排螺旋CT，扫描参数：球管电压120 kV；电流380 mAs；层厚1 mm，间隔 1.5 mm，螺距1.375︰1。使大鼠保持仰卧位，先将头部进入机器，自大鼠颅顶到枕骨大孔之间限定为扫描范围，扫描线平行于眦耳线，先平扫，后增强扫描。

MRI选择美国GE Signa HDx 3.0T超导型MRI成像仪进行扫描，MRI扫描时选择头颈线圈，在常规序列T1WI，T2WI，FLAIR，DWI上进行MRI扫描，且需行常规颅脑MRI的平扫，并观察脑梗死病灶特征。MRI的扫描参数 OAxT1WI：TR=1 750 ms，TE=24 ms，层数 20，层厚 5.0 mm，层间距1.0 mm，视野 FOV：22 cm³ 22 cm，NEX 为1，矩阵320³ 224；OAxT2WI：TR=5 100 ms，TE= 118.9 ms，层数 20，层厚 5.0 mm，层间距1.0 mm，FOV：22 cm³22 cm，NEX 为 1.5，矩阵：512³ 512；DWI：TR= 5 400 ms，TE= Minimum，层数20，层厚5.0 mm，层间距1.0 mm，视野FOV：22 cm³22 cm，NEX 为 1。FLAIR：TR=1 050 ms，TE=13.8 ms，TI=2 000 ms。矩阵5 122，层厚2.0 mm，层间距0。

1.4.7 大鼠脑梗死体积计算利用GESigna HDx 3.0T 超导型MRI成像仪上的功能键对各层梗死区面积进行自动测量，测量时按以下公式计算梗死体积：梗死体积=各层面积之和×(层厚+层间距)－首尾两层面积之和×1/2层间距。

1.4.8 脑梗死区域各序列的信号强度比值(SIR)及其相对变化率(?SIR)的测量利用GESigna HDx 3.0T超导型MRI成像仪上的功能键分别对各序列各层梗死区的平均信号强度值(SI)进行自动测量，同时测量对侧相应区域的SI，然后计算出两侧半球各层的SI=各层的平均信号强度值之和÷层数。

各序列移植后7 d相对于3 d时的?SIR计算，?SIR=(移植后3 d时的SIR-移植后7 d时的SIR)÷移植后3 d时的SIR×100%(为利于统计分析，对其T1WI序列?SIR值取其正数)。

1.5 主要观察指标 ①神经功能缺损评分。②脑梗死区T1WI、T2WI、FLAIR、DWI序列的信号改变特征。③脑梗死体积大小。④脑梗死区域T1WI、T2WI、FLAIR、DWI序列的信号强度比(SIR)及其相对变化率(?SIR)。

1.6 统计学分析实验数据均以x(_)±s表示，采用Image-ProPlus 5.0图像处理系统进行图像分析，其计量资料对比选择t 检验，其计数资料对比选择χ²检验，P < 0.05为差异有显著性意义。

讨论

脑梗死发生后其致残率、复发率均较高，复发后又会显著降低患者的生活能力、增加生活负担，且死亡风险也随之增大^[10-13]。对脑梗死患者来说，寻求一种高效、快捷、方便的检查方法尤为重要^[14-18]。MRI具有操作简单，不需注射对比剂即可获得脑实质信息，且分辨率较高，可显示大多数软组织的解剖结构，还能及早发现CT检查不能发现的一些病灶，是目前临床上最为理想的脑梗死检查方法。本研究结果显示，在移植后1，2，3周，移植组的神经功能缺损评分明显低于梗死组，两组间比较差异有显著性意义，结果说明骨髓间充质干细胞移植对脑梗死后大鼠神经功能恢复具有促进作用，这一研究结果与Kawabori等^[19]相一致。在移植后的3，5，7 d，移植组T1WI序列SIR均明显高于梗死组，T2WI、FLAIR序列SIR较梗死组显著降低，表明不同时间点各序列显像的敏感性不同；移植组在造模移植后7 d时DWI序列SIR较梗死组明显降低，一般情况下，正常组DWI序列显示低信号，梗死发生后，因脑细胞水肿，使水分子的运动受到限制，DWI序列就会显示高信号，此结果表明了骨髓间充质干细胞移植对减轻脑组织的水肿程度起到促进作用；移植组T1WI序列?SIR与梗死组比较差异无显著性意义，提示T1WI序列可能会受T2WI的影响，存在测量上的误差；移植组T2WI、FLAIR及DWI序列?SIR较梗死组显著增高，差异有显著性意义，表明T2WI、FLAIR及DWI序列对梗死灶的显像更敏感些^[20-25]。在造模后3，5，7 d时移植组脑梗死体积较梗死组显著减少，两组的梗死体积比较差异有显著性意义，提示了移植的骨髓间充质干细胞可通过改变梗死灶局部微环境来减轻脑梗死面积，与正常对照组的脑组织比较，CT图像上的脑梗死灶体积表现为低密度影^[26]，但因CT在发病24 min-48 h后才能显影，CT图像一般无异常发现，而MRI的高分辨率，能清晰的显示脑组织梗死灶的范围^[27-29]，因此本研究利用MRI测量梗死体积。综上所述，MRI较CT有更好的分辨率，能更为清晰地监测到移植干细胞的位置，为研究者们更好的了解移植骨髓间充质干细胞的存活情况、转归及疗效提供了很大帮助，MRI还可避免CT对人体所产生电离辐射的损伤，且对机体没有任何不良影响，是较为理想的监测干细胞移植效果的显像方式。中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞；骨髓干细胞；造血干细胞；脂肪干细胞；肿瘤干细胞；胚胎干细胞；脐带脐血干细胞；干细胞诱导；干细胞分化；组织工程

[1]	蒲锐, 陈子扬, 袁凌燕. 不同细胞来源外泌体保护心脏的特点与效应[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(在线): 1-.
[2]	林清凡, 解一新, 陈婉清, 叶振忠, 陈幼芳. 人胎盘源间充质干细胞条件培养液可上调缺氧状态下BeWo细胞活力和紧密连接因子的表达[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(在线): 4970-4975.
[3]	樊佳兵, 张军梅. 成年女性不同垂直骨面型下颌骨形态的测量分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(8): 1177-1183.
[4]	曾祯, 胡经纬, 李璇, 唐琳梅, 黄志强, 李明星. 超声造影定量分析重度失血性休克再灌注模型大鼠复苏期的肾血流灌注[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(8): 1201-1206.
[5]	唐辉, 姚志浩, 罗道文, 彭双麟, 杨双林, 王浪, 肖金刚. 高脂高糖饮食结合链脲佐菌素建立2型糖尿病性骨质疏松症大鼠模型[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(8): 1207-1211.
[6]	陈继铭, 吴晓静, 刘田丰, 陈海聪, 黄成硕. 水飞蓟素对四氯化碳致小鼠肝损伤和骨代谢的影响[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(8): 1224-1228.
[7]	张秀梅, 翟运开, 赵杰, 赵萌. 类器官模型国内外数据库近10年文献研究热点分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(8): 1249-1255.
[8]	王正东, 黄娜, 陈婧娴, 郑作兵, 胡鑫宇, 李梅, 苏晓, 苏学森, 颜南. 丁酸钠抑制氟中毒可诱导小胶质细胞活化及炎症因子表达增多[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(7): 1075-1080.
[9]	汪显耀, 关亚琳, 刘忠山. 提高间充质干细胞治疗难愈性创面的策略[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(7): 1081-1087.
[10]	万然, 史旭, 刘京松, 王岩松. 间充质干细胞分泌组治疗脊髓损伤的研究进展[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(7): 1088-1095.
[11]	廖成成, 安家兴, 谭张雪, 王倩, 刘建国. 口腔鳞状细胞癌干细胞的治疗靶点及应用前景[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(7): 1096-1103.
[12]	谢文佳, 夏天娇, 周卿云, 刘羽佳, 顾小萍. 小胶质细胞介导神经元损伤在神经退行性疾病中的作用[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(7): 1109-1115.
[13]	李珊珊, 郭笑霄, 尤冉, 杨秀芬, 赵露, 陈曦, 王艳玲. 感光细胞替代治疗视网膜变性疾病[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(7): 1116-1121.
[14]	焦慧, 张一宁, 宋雨晴, 林宇, 王秀丽. 乳腺癌类器官研究进展及临床应用前景[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(7): 1122-1128.
[15]	王诗琦, 张金生. 中医药调控缺血缺氧微环境对骨髓间充质干细胞增殖、分化及衰老的影响[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(7): 1129-1134.