低氧培养：角膜缘干细胞生长与分化的关键调控因素

1997年，科学家Pellegrini等人选择了一种开创性的治疗方式—通过移植体外培养的角膜缘干细胞，来治疗...



1997年，科学家Pellegrini等人选择了一种开创性的治疗方式—通过移植体外培养的角膜缘干细胞，来治疗角膜缘干细胞缺失（limbal stem cell deficiency ，LSCD），这种方法也叫做培养的角膜缘上皮移植术（cultured limbal epithelial transplantation，CLET）。这个技术起源于角质细胞的研究（Rheinwald和Green，1975a，1975b），一种基于利用灭活的3T3细胞作为支持性饲养层的技术。许多研究都试图从不同方面提高治疗的效果，这些方法的共同点就是提高角膜缘干细胞的生长速度。最近已经出现在没有饲养层细胞的情况下培养角膜缘干细胞的方法，从而减少了基因毒性的风险，促进临床转化（lekhanont等，2009）。有趣的是，尽管氧气浓度在角膜缘干细胞从眼内深处迁移到眼表面并分化的过程中是有梯度变化的，但是仍没有针对大气培养条件重要性的相关研究（Kwan等，1972）。通过对其它类型干细胞在体外培养过程的观察推测，氧气浓度对角膜缘干细胞的生物学特性有重要的影响（Mohyeldin等, 2010; Toussaint等, 2011; Zachar等,2011）。

丹麦科学家针对不同氧气浓度的培养条件下，角膜缘干细胞的克隆形成率、增殖相关蛋白p63和分化相关蛋白CK3的表达展开了研究。研究发现，在饲养层细胞的培养体系里，低氧可以提高克隆形成率。灭活的饲养层细胞支持了连续的增殖，使上皮细胞形成克隆，维持端粒酶的表达，以及Sp1/Sp3的活性，行使了代替干细胞巢的功能。虽然细胞的新陈代谢需要氧气，而且所有的细胞都暴露在同样的气体环境下，很难分辨是角膜缘干细胞还是滋养层细胞受到低氧环境的影响从而影响了克隆形成率。为了解释这个问题，研究者通过无需饲养层的培养体系，发现低氧对角膜缘干细胞有明显且直接的影响。

这项研究强调了氧气环境对角膜缘干细胞不同表型的影响。在解释实验现象和发展基于细胞的相关技术时，气体环境因素的影响应该被考虑在内。从临床应用的角度上考虑，低氧条件可能会提高角膜板移植的成功率。

文章链接：

http://ph5.tnq.co.in/enhanced-pdf/s/viewer.html?t=526d2e1756c4821c2e7fb02dc7d0e458&exp=5603730934&pii=S1873506113000111

参考文献：

Rheinwald, J.G., Green, H., 1975a.Formation of a keratinizing epithelium in culture by a cloned cell line derivedfrom a teratoma. Cell 6 (3), 317–330.

Rheinwald, J.G., Green, H., 1975b. Serialcultivation of strains of human epidermal keratinocytes: the formation ofkeratinizing colonies from single cells. Cell 6 (3), 331–343.

Lekhanont, K., Choubtum, L., Chuck, R.S.,Sa-ngiampornpanit, T., Chuckpaiwong, V., Vongthongsri,

A., 2009. A serum- and feederfree techniqueof culturing human corneal epithelial stem cells on amniotic membrane. Mol.Vis. 15, 1294–1302.

Kwan, M., Niinikoski, J., Hunt, T.K., 1972.In vivo measurements of oxygen tension in the cornea, aqueous humor, andanterior lens of the open eye. Invest. Ophthalmol. 11 (2), 108–114.

Mohyeldin, A., Garzón-Muvdi, T.,Quiñones-Hinojosa, A., 2010. Oxygen in stem cell biology: a critical componentof the stem cell niche. Cell Stem Cell 7 (2), 150–161.http://dx.doi.org/ 10.1016/j.stem.2010.07.007

Toussaint, O., Weemaels, G.,Debacq-Chainiaux, F., ScharffetterKochanek, K., Wlaschek, M., 2011. Artefactualeffects of oxygen on cell culture models of cellular senescence and stem cell biology.J. Cell. Physiol. 226 (2), 315–321.http://dx.doi.org/10.1002/jcp. 22416.

Zachar, V., Duroux, M., Emmersen, J.,Rasmussen, J.G., Pennisi, C.P., Yang, S., Fink, T., 2011. Hypoxia andadipose-derived stem cell-based tissue regeneration and engineering. ExpertOpin. Biol. Ther. 11 (6), 775–786.http://dx.doi.org/10.1517/14712598.2011.570258.

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