軟骨分化於椎間盤與關節軟骨再生之研究

在本論文中我們探討在椎間盤組織及關節軟骨再生之軟骨分化機制。人類椎間盤隨著年齡增加從髓核組織開始發生退化，並造成組織結構破壞及細胞外間質喪失。我們在先前研究成功利用轉型生長因子促進間葉前驅細胞與不朽化人類間葉幹細胞之軟骨分化，因此於第一部分研究我們將確認轉型生長因子在血小板濃縮血漿中的濃度及其應用於椎間盤再生之角色，包括髓核細胞增生、再分化及重建組織工程髓核組織。我們先取得各年齡層之髓核細胞，並培養在含有血小板濃縮血漿的培養基中，發現當血小板濃縮血漿內含1ng/ml的轉型生長因子時能誘導最高的增生效率，並發現能誘導細胞聚集。血小板濃縮血漿亦能促進細胞中轉錄因子SOX9、第二型膠原蛋白及聚合醣類之基因表現，葡萄糖胺基醣在第七天時表現量達到最高。我們也發現了血小板濃縮血漿經由Smad訊息路徑誘發髓核細胞分化，並用免疫染色法偵測利用膠原蛋白為細胞支架培養髓核細胞，能促進軟骨特異性基質蛋白之表現量，因此我們結論血小板濃縮血漿如同生長因子複合物共同促進人類髓核細胞的增生、分化並促進組織工程髓核之重建，在臨床上將有機會治療椎間盤退化。
接著在第二部分研究中，我們探討幹細胞受軟骨細胞接觸誘導之機制及分化階段。骨關節炎起因於關節中代謝失衡並有機會以中胚層幹細胞修復。然而，當中胚層間葉幹細胞直接植入體內受傷處時往往會造成不預期的不良結果，因此我們建立共培養系統促進其軟骨分化潛能並研究其中參與之軟骨分化階段。我們利用基因表現證明中胚層幹細胞在受到關節軟骨細胞誘導後會表現出軟骨而非硬骨之表現型。在幹細胞走向軟骨分化之過程中，利用基因微陣列於即時定量聚合酶連鎖反應測定被誘導後之發育分化相關基因，其中細胞貼附分子及integrin表現上升，轉型生長因子家族及其下游調控基因Smad，以及表皮生長因子、纖維母細胞生長因子、類胰島素生長因子，血小板衍生生長因子及血管內皮生長因子表現量亦受到調控而明顯增加，我們並發現關節軟骨特異基質蛋白包含第二型膠原蛋白及葡萄糖胺基醣在幹細胞受到軟骨之分化誘導後亦大量沉澱聚積，再者，被誘導軟骨分化後的幹細胞中在膠原蛋白支架中亦具有形成新生軟骨之能力。由結果證明，間液中胚層幹細胞經由與關節軟骨細胞直接接觸，會被誘導走向軟骨分化路徑並成為軟骨前驅細胞，將可提供在軟骨組織工程中更進一步的幹細胞治療基礎證據。