成纖維細胞

成纖維細胞

成纖維細胞(fibroblast)是疏鬆結締組織的主要細胞成分,由胚胎時期的間充質細胞(mesenchymal cell)分化而來。成纖維細胞較大,輪廓清楚,多為突起的紡錘形或星形的扁平狀結構,其細胞核呈規則的卵圓形,核仁大而明顯。 根據不同功能活動狀態,可將細胞劃分成成纖維細胞和纖維細胞,成纖維細胞功能活動旺盛,細胞質嗜弱鹼性,具明顯的蛋白質合成和分泌活動,在一定條件下,它可以實現跟纖維細胞的互相轉化。成纖維細胞對不同程度的細胞變性、壞死和組織缺損以及骨創傷的修復有著十分重要的作用。 2013年12月,英國倫敦國王學院研究人員發現成纖維細胞具有不同類型,它們的獨特性能可幫助修復受損皮膚,並降低年齡老化對皮膚的影響。

基本信息

細胞分類

成纖維細胞是結締組織中最常見的細胞,由胚胎時期的間充質細胞分化而來。根據細胞不同的功能活動狀態,將細胞分為成纖維細胞和纖維細胞二型:成纖維細胞是功能活動旺盛的細胞,細胞和細胞核較大,輪廓清楚,核仁大而明顯,細胞質弱嗜鹼性,具明顯的蛋白質合成和分泌活動;纖維細胞(fibrocyte)功能活動不活躍,細胞輪廓不明顯,核小體著色深,核仁不明顯,細胞質少。此二型細胞可互相轉化。

在結締組織中,成纖維細胞還以其成熟狀態—纖維細胞的形式存在,二者在一定條件下可以互相轉變。 不同類型的結締組織含成纖維細胞的數量不同。通常,疏鬆結締組織中成纖維細胞的數量比同樣體積的緻密結締組織中所含成纖維細胞的數量要少,故分離培養成纖維細胞多以真皮等緻密結締組織為取材部位。

在國王學院研究人員一項針對小鼠的研究中,發現小鼠皮膚中的成纖維細胞至少有兩種類型:一種是結締組織上層的成纖維細胞,它們是皮膚毛囊形成所必須;另一種則是結締組織下層中的成纖維細胞,這部分細胞負責製造大部分的皮膚膠原纖維,觸發受損皮膚的修復。通過皮膚表皮信號的刺激可增加成纖維細胞的數量,而成纖維細胞數量的增多有助於傷口癒合過程中毛囊的形成,進而降低皮膚癒合後落下疤痕的幾率。

研究表明,皮膚的厚度和成分會隨著年齡增加而改變,老年人的皮膚很容易受傷,且不易癒合,這很可能是因為上層皮膚成纖維細胞缺失所致,假設找到方法刺激這些細胞生長,就有可能恢復皮膚的彈性,同樣還能刺激毛囊形成,減少疤痕。這項研究有助於了解皮膚的複雜結構和受到傷害後的反應機制,而要驗證向人類皮膚中注入不同類型成纖維細胞的效果,則還需要進行更多的臨床試驗。

作用原理

成纖維細胞攝取所需的胺基酸,如脯氨酸和賴氨酸等,在粗面內質網的核蛋白體上合成前α多肽鏈(proalpha polypeptide chain),多肽鏈輸送到高爾基複合體後,組成前膠原分子(procollagen)。前膠原分子由分泌囊泡帶到細胞表面,然後通過胞吐作用釋放到細胞外。在前膠原肽酶催化下,將每一前α多肽鏈的尾段除去,成為原膠原分子(tropocollagen)。許多原膠原分子成行平行排列,結合成具有周期性橫紋的膠原原纖維。由膠原原纖維互相結合形成膠原纖維。

創傷修復

一般創傷修復

各種創傷均會造成不同程度的細胞變性、壞死和組織缺損,必須通過細胞增生和細胞間基質的形成來進行組織修復。在此修復過程中,成纖維細胞起著十分重要的作用。以傷口癒合過程為例,成纖維細胞通過有絲分裂大量增殖,並從4~5天或6天開始合成和分泌大量的膠原纖維和基質成分,與新生毛細血管等共同形成肉芽組織,填補傷口組織缺損,為表皮細胞的復蓋創造條件。在傷口癒合中,成纖維細胞主要來源於真皮乳頭層的局部成纖維細胞和未分化的間充質細胞,以及血管周圍的成纖維細胞和周細胞。內臟損傷時,參與修復過程的成纖維細胞多來自間質和包膜,以及黏膜下或漿膜下層的結締組織。有人認為創傷癒合過程中傷處聚集的大量成纖維細胞,一方面是由成纖維細胞通過分裂增殖而來,另一方面,更多地是由鄰近的間充質細胞、纖維細胞和毛細血管周細胞等演變或遊走到傷處。在創傷修復的後期,成纖維細胞通過分泌膠原酶參與修復後組織的改建。在某些病理條件下,以成纖維細胞為主要細胞成分的肉芽組織或增生組織塊還可以在非骨組織內發生鈣化,引起異位骨化(ectopic ossification)。但對於異位骨化的參與細胞及其機制尚不十分清楚,未分化間充質細胞、成纖維細胞、內皮細胞和毛細血管周細胞等可劃歸為誘導性骨祖細胞的細胞都有可能參與這一過程

骨創傷修復

最簡單和常見的骨創傷即是骨折,其癒合過程須經過炎性反應、清掃、纖維骨痂和骨性骨痂4個階段。不同階段參與的細胞主體不同。成纖維細胞從骨折第3天起就出現於骨折局部血腫中,骨折後5天即在機化血腫及骨折斷端的間隙及其周圍大量存在,是參與纖維骨痂階段的主要細胞成分。在此階段成纖維細胞一方面大量分裂增殖,一方面又合成和分泌大量Ⅰ型膠原,使肉芽組織逐步變成疏鬆的結締組織,將骨斷端包圍起來,形成接合兩骨折斷端的巨大的纖維骨痂。然而,這種由無數成纖維細胞和豐富的肉芽組織為主體構成的纖維結締組織卻不會演變為在其它組織創傷修復時常見的瘢痕組織,而是通過鈣鹽結晶在其內部不斷沉積,逐漸演變為骨性骨痂,使骨折局部的修復達到骨性癒合,恢復骨組織的結構。此時,骨折癒合部只有骨組織而不再存在成纖維細胞。

培養方法

分離培養

成纖維細胞的分離培養一開始並不涉及成骨作用,而主要是用於研究細胞的老化、各種外來因子對細胞的損傷、細胞在體外條件下的惡性轉化、以及某些先天性代謝異常、酶缺陷等。由於皮膚成纖維細胞易於獲取,又易於在體外生長,皮膚成纖維細胞培養已在基礎醫學和臨床醫學研究中得到較廣泛的運用,其分離培養技術已相對成熟,對其體外生長規律也有了較全面的認識。

原代培養

成纖維細胞的原代培養可用酶消化法或組織塊法,其中組織塊法又因其操作簡便、條件易於控制而套用更為普遍。通常,以酶消化法獲得的成纖維細胞懸液在接種後5~10min即可見細胞以偽足初期附著,與底物形成一些接觸點;然後細胞逐漸呈放射狀伸展,胞體的中心部分亦隨之變扁平;最快者大約在接種後30min,細胞貼附底物即較為完全,呈現成纖維細胞的形態。採用組織塊法則大約在接種後2~3天到1周左右,在接種的皮膚組織塊周圍長出細胞。待細胞融合成片,鋪滿培養容器底壁大部分時即可進行傳代。一般都採用胰蛋白酶(trypsin),將成纖維細胞從底壁消化下來後分瓶作傳代培養。成纖維細胞在體外培養條件下能保持良好的分裂增殖能力。細胞分裂時變為球形;分裂後又平鋪在附著物的表面成為有突起的扁平細胞。體外培養的成纖維細胞,其生命期限與物種等因素有關。

例如:人胚成纖維細胞約可培養50代;恆河猴皮膚成纖維細胞能傳代超過40代;雞胚成纖維細胞則只有少數能培養30代;而小鼠成纖維細胞多數只能生長8代左右。另外,從老年個體取得的成纖維細胞的壽命要比取自年輕者短。由於在細胞傳代和進行體外培養時,細胞的生物學特性會逐漸發生一些不同於體內的改變,故通常只將前10代視這正常細胞,可在此時將生長旺盛的成纖維細胞凍存起來,以備將來復甦使用,這在將培養的細胞由動物實驗向人體實驗過渡的過程中必須給予足夠的重視。

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