Options
臍帶血間葉幹細胞與骨髓間葉幹細胞對於骨關節炎修復能力之比較
Other Title
Therapeutic Indications between Umbilical Cord Blood- and Bone Marrow- Derived Mesenchymal Stem Cells for Osteoarthritis
Type
thesis
Date Issued
2012-01-05
Author(s)
林子傑
Advisor
鄧文炳
Subjects
系所名稱：生醫材料暨工程研究所
Publisher
生醫材料暨工程研究所
Description
學位別：碩士
語文別：中文
指導教授：鄧文炳
共同指導教授：
口試委員：林俊彬;王兆麟;李建和;黃彥華
中文關鍵字：骨關節炎;人類軟骨細胞株hPi;臍帶血間葉幹細胞;骨髓間葉幹細胞
語文別：中文
指導教授：鄧文炳
共同指導教授：
口試委員：林俊彬;王兆麟;李建和;黃彥華
中文關鍵字：骨關節炎;人類軟骨細胞株hPi;臍帶血間葉幹細胞;骨髓間葉幹細胞
Abstract
關節軟骨(articular cartilage)是一位於關節交界處，由軟骨細胞
(chondrocyte)與膠原蛋白(collagen)、蛋白聚醣(proteoglycan)、醣蛋白
(glycoprotein)等所組成之軟骨組織。因為缺乏良好的組織修復能力，
由老化、外傷或關節過度使用等所引起的軟骨細胞凋亡與胞外基質的
崩解是難以自我修復的，對於軟骨細胞與胞外基質之干擾最終將導致
骨關節炎(Osteoarthritis, OA)的形成。由先前本實驗室的研究指出間葉
幹細胞(Mesenchymal stem cells, MSCs)可經由與成熟軟骨細胞共同培
養而誘導進行軟骨分化成為類軟骨前驅細胞，因此間葉幹細胞被視為
良好的軟骨組織修復來源。然而目前對於不同來源之間葉幹細胞的軟
骨分化能力差異仍尚未闡明，因此本研究之主旨為比較臍帶血間葉幹
細胞(human umbilical cord blood derived MSCs, CB-MSCs)與人類骨髓
間葉幹細胞(human bone marrow derived MSCs, BM-MSCs)在軟骨分
化能力上之差異，並利用類骨關節炎軟骨細胞模式來研究BM-MSCs
與CB-MSCs 對於軟骨修復能力之差異。首先我們利用流式細胞技術
(Flow cytometry) 分析CB-MSCs 與BM-MSCs 之細胞表面蛋白
(CD34、CD44、CD73、CD90、CD105、CD133)表現。利用RT-PCR
偵測CB-MSCs 與BM-MSCs 在軟骨、硬骨與脂肪分化之特異性基因
表現之差異，結果顯示經過軟骨、硬骨與脂肪分化培養基誘導後，
2
CB-MSCs 具有較高的軟骨分化特異性基因表現，然而BM-MSCs 卻
具有較高的硬骨與脂肪分化特異性基因表現，而相同的趨勢也經由細
胞特異性基質染色得到驗證，經由以上結果顯示CB-MSCs 具有較佳
的軟骨分化潛能，而BM-MSCs 具有較佳的硬骨與脂肪分化潛能。由
軟骨細胞共同培養誘導軟骨分化模式進一步分析在軟骨分化過程中
相關基因之表現量差異，RT-PCR 結果顯示受誘導之CB-MSCs 在軟
骨分化過程之相關基因 (Integrin a1、ICAM-1、Integrin b1、BMP-4、
SMAD1、SOX9、type II collagen、aggrecan)表現量均明顯高於受誘導
之BM-MSCs。我們再進一步利用活體外類骨關節炎軟骨模式來研究
CB-MSCs 與BM-MSCs 對於軟骨修復之能力，結果顯示CB-MSCs 具
有保護類軟骨組織免於IL-1b/TNF-a 所造成之退化影響，並維持正常
組織外型與蛋白糖類表現之能力。由上述實驗顯示在軟骨微環境
(chondrocytic niche)下CB-MSCs 表現出較佳的軟骨分化潛能，並在未
來軟骨修復研究上提供一個間葉幹細胞來源選擇之方向。
(chondrocyte)與膠原蛋白(collagen)、蛋白聚醣(proteoglycan)、醣蛋白
(glycoprotein)等所組成之軟骨組織。因為缺乏良好的組織修復能力，
由老化、外傷或關節過度使用等所引起的軟骨細胞凋亡與胞外基質的
崩解是難以自我修復的，對於軟骨細胞與胞外基質之干擾最終將導致
骨關節炎(Osteoarthritis, OA)的形成。由先前本實驗室的研究指出間葉
幹細胞(Mesenchymal stem cells, MSCs)可經由與成熟軟骨細胞共同培
養而誘導進行軟骨分化成為類軟骨前驅細胞，因此間葉幹細胞被視為
良好的軟骨組織修復來源。然而目前對於不同來源之間葉幹細胞的軟
骨分化能力差異仍尚未闡明，因此本研究之主旨為比較臍帶血間葉幹
細胞(human umbilical cord blood derived MSCs, CB-MSCs)與人類骨髓
間葉幹細胞(human bone marrow derived MSCs, BM-MSCs)在軟骨分
化能力上之差異，並利用類骨關節炎軟骨細胞模式來研究BM-MSCs
與CB-MSCs 對於軟骨修復能力之差異。首先我們利用流式細胞技術
(Flow cytometry) 分析CB-MSCs 與BM-MSCs 之細胞表面蛋白
(CD34、CD44、CD73、CD90、CD105、CD133)表現。利用RT-PCR
偵測CB-MSCs 與BM-MSCs 在軟骨、硬骨與脂肪分化之特異性基因
表現之差異，結果顯示經過軟骨、硬骨與脂肪分化培養基誘導後，
2
CB-MSCs 具有較高的軟骨分化特異性基因表現，然而BM-MSCs 卻
具有較高的硬骨與脂肪分化特異性基因表現，而相同的趨勢也經由細
胞特異性基質染色得到驗證，經由以上結果顯示CB-MSCs 具有較佳
的軟骨分化潛能，而BM-MSCs 具有較佳的硬骨與脂肪分化潛能。由
軟骨細胞共同培養誘導軟骨分化模式進一步分析在軟骨分化過程中
相關基因之表現量差異，RT-PCR 結果顯示受誘導之CB-MSCs 在軟
骨分化過程之相關基因 (Integrin a1、ICAM-1、Integrin b1、BMP-4、
SMAD1、SOX9、type II collagen、aggrecan)表現量均明顯高於受誘導
之BM-MSCs。我們再進一步利用活體外類骨關節炎軟骨模式來研究
CB-MSCs 與BM-MSCs 對於軟骨修復之能力，結果顯示CB-MSCs 具
有保護類軟骨組織免於IL-1b/TNF-a 所造成之退化影響，並維持正常
組織外型與蛋白糖類表現之能力。由上述實驗顯示在軟骨微環境
(chondrocytic niche)下CB-MSCs 表現出較佳的軟骨分化潛能，並在未
來軟骨修復研究上提供一個間葉幹細胞來源選擇之方向。