创伤性脑组织匀浆对大鼠骨髓间充质干细胞分化为神经元样细胞的影响
2024-02-23
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维普资讯 http://www.cqvip.com 中国组织工程研究与临床康复第』2孝 3筋 2008一Ol—l5出版 Journal ofClinical Rehabilitative Tissue Engineering Research January 15,2008 Vo1.12,No.3 ;;:基础医学 创伤性脑组织匀浆对大鼠骨髓间充质干细胞分化为神经元样细胞的影响☆ 宋永周’,崔慧先 ,吕 哲。,王新生 ,王振显 ,史正亮’ Effects of brain homogenate on the diferentiation of rat bone mesenchymal stem cells into neuron-like cells following traumatic brain injury Song Yong.zhou’Cui Hui.xian ,Lu Zhe。Wang Xin-sheng ,Wang Zhen-xian ,Shi Zheng.1iang’ ,,Abstract AD :The bone mesenchymal stem cells can transform into neuron.1ike cells in vitro induced by brain homogenate.There are growth factors secreted from brain tissue extracts and bone mesenchymal stem cells in the cultural liquids,which can induce the bone mesenchymal stem cells into neuron.1ike cells.In this study,the different effects between traumatic brain tissue extracts and normal brain tissue extracts on hte diferentiation of rat bone mesenchymal stem cells were observed. M THoDS:Experiments were conductde in the Cell Laboratory of Department of Anatomy of Hebei Medical University rfom March to August in 2007.①One healthy claen SD rat weighting l00一l50 g aged 4—6 weeks was provided by Animal Experimental Center of Hebei Medical University.Experimental procedures were accorded with the Animal Ethical Standards.(2]One SD rats were anaesthetized and tibias and femurs were dissectde out,and then bone ITIalTOW was flushed out wim L.DMEM.After it was centirfuged.the supernatant was discarded.The extracted cells were resuspended and seeded in L-DMEM supplemented wim fetal bovine serum of 0.10 volume rfaction.The bone mesenchymal stem cell morphologies were observed under an inverted phase microscope.Rat models of moderate brain injury were established by Modiifde Gruncr Method.The traumatic brain tissue extracts acquired on hte point about 24 hours aftre hte injruy nad norlBal brain tissue extracts were used to induce 3 passage of bone mesenchymal stem cells fn vitro.( The morphological changes of the stem cells were observed with the invertde phase microscope.The expression of neuron—specific enolase was identiifed by immunocytochemical technique.The different effects between traumatic brain tissue extracts and normal brain tissue extracts on the diferentiation of bone mesenchymal stem cells were observed. RESULTS: After 24.hours induction with traumatic brain tissue extracts,the cellular bodies changed lrage,36 hours later, part of the bone mesenchymal stem cells bodY contracted into round or spindle shape.48 hours later.neuron—like cells wim two or more prominence could be seen.The immunocytochemical method showed that the ratio of neuron—specific enolase expressing was r54-28±6.03)%.The differential ratio of bone mesenchymal stem cells induced with normal brain tissue extracts was lower.and ratio of neuron.speciifc enolase expressing was(32.76±3.25)%. CoNCLUSIoN:Bone mesenchymal stem cells can be induced differentiating into neuron—like cells.The induction proportion induced with traumatic brain tissue extracts is higher than with norlTlal brain tissue extracts. Song YZ,Cui HX,LU Z,Wang XS,Wang ZX,Shi ZL.Effects of brain homogenate on the differentiation of rat bone mesenchymal stem cells into neuron-like cells following traumatic brain injury.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu 2008;12(3):461—464(China) 【WWW.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-3/3k-461(ps).pdf] 摘要 目的:骨髓间充质干细胞在脑组织匀浆诱导环境下可以转化为神经元样细胞,损伤脑组织匀浆的骨髓间充质 细胞培养液 中,不仅有脑组织中提取的生长因子,而且有骨髓间充质千细胞分泌的多种生长因子,共同刺激骨髓间充质于细胞向神经 元样细胞的分化。实验观察了创伤后24 h和正常脑组织匀浆诱导大鼠骨髓间充质下细胞向神经元样细胞分化的差别。 方法:实验于2007—03/08在河北医科大学解剖教研室细胞培养中心完成。①实验材料:体质量100-150g的健康SD大鼠由 河北医科大学实验动物中心提供,4-6周龄,清洁级。实验过程中对动物处置符合动物伦理学标准。②实验方法:取1只SD 大鼠,麻醉后分离股骨和胫骨,用培养基冲洗骨髓腔,离心弃上清液,加入含体积分数为0.10胎牛血清的L-DMEM培养基 重悬,接种于培养瓶培养并传代,于倒置显微镜下观察细胞形态。采用Gruncr改良法制作中度脑损伤大鼠模型,取伤后 24 h和正常大鼠脑组织匀浆,对体外培养的第3代骨髓间充质干细胞进行诱导。③实验评估:在倒置显微镜下观察细胞形 态学变化,并应用免疫细胞化学技术检测细胞内神经元特异性烯醇化酶的表达,比较创伤后和正常脑组织匀浆两组诱导率 差别。 结果:骨髓间充质干细胞经创伤性脑组织匀浆培养基诱导24 h后,细胞的胞体变大,36 h后部分细胞分化,回缩成圆形或 梭形,48 h后部分细胞可见两个或多个突起伸出,类似神经元。免疫细胞化学技术检测显示,创伤性脑组织匀浆培养基诱 导组神经元特异性烯醇化酶阳性表达为(54.284-6.03)%,正常脑组织匀浆诱导分化率较前者低,神经元特异性烯醇化酶阳 性表达为(32.764-3.25)%,细胞生长状态略差。 结论:脑组织匀浆可诱导大鼠骨髓间充质干细胞向神经元样细胞分化,创伤性脑组织匀浆可明显促进其分化。 关键词:脑组织匀浆;骨髓间充质干细胞:神经元样细胞 宋永周,崔慧先,吕哲,王新生,王振显,史正亮.创伤性脑组织匀浆对大鼠骨髓间充质干细胞分化为神经元样细胞的影响 【JJ.中国组织工程研究与临床康复,2008,12(3):461—464 [www.zglckf.com/zglck婀ournal/upfiles/08—3/3k一461(ps).pdq lssN l673巷225 CN21.1539/R CODEN:ZLKHAH ‘Department of Orthopaedics,Second Hospita1.Hebei MedicaI University. Shijiazhuang 05O【x】0.Hebei Province, China; Department of Anatomy.Hebel Medical University. Sh ̄iazhuang 05【x】I7.Hebei rPovince, China; Department of Otorhinolaryngology. Second Hospita1. Hebel Medical University. Shijiazhuang 05O0o0.Hebei rPovince, China; Department of Anatomy. BelOng MedicaI College. Zhan【gJiakou 075(xM1.Hebei Province, China; Department of Urology.Hebei rPovinciaI People’s Hospital, Shijiazhuang 05O0o0.Hebei rPovince,China Song Yong—zhou☆. Studying for doctorate,Attending pnyslclan, Department of or山opaedics,Second Hospital,Hebei MedicaI University. Sh ̄iazhuang 05O0o0.Hebei rPovince.China yongzhousong@I26 com Received:2【x】7一10一10 Accepted:2007—・I I・・07 46l 维普资讯 http://www.cqvip.com 一 宋永蜀 等 钠伤性脑组织匀浆对大鼠骨髓闻充菝干细胞分化为神经元样细胞的彰响 河北医科大学第 二医院骨科,河北 省石家庄市 05O0oO: 河北医 >>本文导读<< 科大学解剖教研 梁盾 孝景:骨髓间充质干细胞在化学 应用要篇:本实验比较 相 缝攫:骨髓问充质干细胞具有多向 室,河北省石家庄 市o500l7: 河 北医科大学第二 医院耳鼻喉科,河 北省石家庄市 05O0oO: 北方医 学院解剖教研室, 河北省张家口市 075000; 河北省 人民医院泌尿外 科,河北省石家庄 币05O0oO 宋永周☆,男, 1973年生,河北 省深泽县人,汉 族,河北医科大学 在读博士,主治医 师,主要从事干细 胞与神经再生方 面的研究。 yongzhousong@ l26.corn 中图分类号:R394 2 文献标识码:A 文章编号:1673—8225 (2008)03—00461—04 462 诱导、中药诱导、脑组织匀浆诱导等特 了创伤后24 h和正常脑组 分化潜能,来源广泛,取材方便,危险性低, 定诱导环境下可分化为神经细胞,将其 织匀浆诱导骨髓问充质干 无免疫排斥反应,是基因移植及携带的优良 移植入损伤的脑中可以存活并分化为神 细胞分化为神经元样细胞 种子细胞,目前已成为研究的热点。目前尚 经样细胞,但其分化机制尚不明确。脑 的差别,发现脑组织匀浆可 不清楚的是由其分化而采的神经元样细胞 组织损伤后分泌的各种生长因子表达增 诱导大鼠骨髓间充质干细 能否发挥神经元的功能,撤除诱导因素后是 加,可以促进神经组织再生,保护神经 胞向神经元样细胞分化,创 否重新逆向分化,目前各种诱导方法只能使 功能,但对于骨髓间充质干细胞向神经 伤性脑组织匀浆可明显促 其部分分化,如何提高其分化率以及分化后 细胞分化有无促进作用,目前研究尚少。 进其分化。 的功能维持是需要继续研究的课题。 100 U/mL链霉素的L—DMEM培养基重悬。将 0 引言 细胞接种于培养瓶中,置于37℃、体积分数 为0.05的CO,培养箱中培养。3 d后进行半量换 神经创伤及神经退行性变所导致的神经 液,5 d后全量换液,以后每隔3 d换液1次。倒 元损伤后的再生问题是困扰医学界并急需解 置显微镜下观察,待细胞生长已铺满瓶底的 决的难题之一。骨髓间充质干细胞(bone 95%以上时用0.125%胰蛋白酶.0.02%的EDTA mesenchymal stem cells,BMSCs)具有多向分 混合消化液消化传代。 化潜能,来源广泛,取材方便,危险性低, 创伤性和正常脑组织匀浆的提取:大鼠称 无免疫排斥反应,而且不存在伦理问题,并 重,麻醉后固定于特制手术台上,显露颅顶骨, 且具有良好的组织相容性,是基因移植及携 使用OHBISIK打击器,按Gruncr改良法制作中 带的优良的种子细胞。这为临床上神经元再 度脑损伤模型(将40 g砝码于100 cm高处通过 生的研究提供了新的方向和思路。 导向管坠落,撞击置于人字缝与矢状缝之间的 圆锥上,致中度脑损伤)Ilj。伤后24 h取出损 1材料和方法 伤脑组织置于冰上,称取湿重,按150 g/LLL例 加入培养基,再用匀浆器将脑组织匀浆,离心 设计:细胞对照观察。 (2 500 r/min,5 min)后吸取上清液。用0.22 u m微 单位:河北医科大学解剖教研室。 孔滤膜过滤后储存-200℃备用。正常脑组织 材料:实验于2007—03/08在河北医科大 匀浆的制备为直接取大鼠脑组织,其余方法同 学解剖教研室细胞培养中心完成。4~6周龄, 上。 体质量100~150 g健康SD大鼠1只购自河北医 脑组织匀浆诱导BMSCs分化:将制备的脑 科大学实验动物中心(动物质量合格证号: 组织匀浆(创伤性和正常脑组织匀浆2组)与 SCXK(冀)2003.1.003),清洁级,实验过 培养基按等体积混匀,作为诱导分化的培养 程中对动物处置符合动物伦理学标准。 液。将培养的第3代BMscs制成单细胞悬液, 设计、实施、评估者:实验设计为第一、 滴加于6孔板中,孔内预先铺有经多聚赖氨酸 二作者,实施和评估由全体作者共同完成, 处理的载玻片,待细胞贴壁伸展后加入诱导 均经过系统科研培训。 液,并以正常培养的细胞作对照。倒置显微镜 方法: 下观察细胞形态变化,诱导后3 d,取出载玻片, BMSCs的分离培养:选取4~6周龄,体 PBS冲洗,4%多聚甲醛中固定30 min,PBS冲 质量100~150 g健康SD大鼠,麻醉后无菌条件 洗后按SABC免疫组织化学说明书进行染色鉴 下立即取下双侧下肢股骨、胫骨。剪断股骨、 定NSE的表达。 胫骨两端,暴露骨髓腔,用培养基(含有青 分化细胞的鉴定:吸弃6孔板内的培养液, 霉素100 U/mL、链霉素100 U/mL+10%FBS PBS冲洗;4%多聚甲醛固定至少30 minPBS冲 的L.DMEM)冲出骨髓于离心管中,吹打制 洗;3%H20,甲醇溶液浸泡15 rain,以灭活内源 成单细胞悬液。1 000 r/min,离心5 min,弃 性过氧化物酶,PBS冲洗2 min×3次:滴加正常 上清液。用含10%FBS、100 U/mL青霉素、 山羊血清封闭液,室温10 n血;滴加1:100稀 P.O.Box 1200,Shenyang 110004 kf23385083@sina.corn 维普资讯 http://www.cqvip.com 宋永碗等铋岛性瞌组织匀浆对大鼠骨髓阃充曩干缅泡分化为神经元样细咆甑影响@2尼2.释的兔抗大鼠NSE,37℃孵育60min,PBS冲洗2min神经细胞。突起不断延长,有的呈简单的双极,有的×3次;滴加生物素化山羊抗兔IgG,37℃10min,呈现复杂的多极细胞。有些细胞突起甚至长出2~3级分PBs冲洗2minx3次三抗10m。;滴加,37℃in,PBs支,类似于树突结构。3d后分化率基本无变化,见图3冲洗2min×3次;DAB显色,蒸馏水冲洗,脱水透明封正常脑组织匀浆培养基雳导的BMSCs分化率较前者固对照组采用PBS代替一。抗。低,细胞生长状态略差。而正常培养的细胞未见细胞主要观察指标:①大鼠骨髓间充质干细胞生K情形态变化。况和形态变化。②诱导后细胞生长情况和形态变化。③分化后细胞内神经元特异性烯醇化酶的表达情况。统计学方法:每组细胞在显微镜卜随机选取10个非重叠的视野进行计数,计算出诱导的百分率,阳性率一阳性细胞数/(阳性细胞数+阴性细胞数),结果以j±5表示。2结果2.1间充质干细胞生长情况原代培养的骨髓细胞成分复杂一,二大开始有少量细胞贴壁,形状不规则,有长梭形、多角形等。半量换液后,克隆生长的细胞团块开始迅速增殖,以集落形式生长为主。7~9d细胞可长满培养瓶底,达95%以上融合,主要呈纺锤形,其rfl散在少量折光性强的小圆形细胞。细胞整体排列更趋于规律性,呈漩涡状,辐射状或鱼群样排列。传代后的细胞贴壁及生长更加迅速,2h后部分细胞即开始贴壁,24h内即可完全贴壁,六七天可铺满培养瓶底。细胞形态更均一,纺锤形生长,整体旱现漩涡状,辐射状或鱼群样排列见图1一,。苏木精伊红染色示胞体以纺锤形居多,有突起。细胞核大、居中深染,嗜碱性,核仁明显;胞质着色浅,呈弱嗜酸性,见图2。2.3免疫细胞化学法检测BMscs分化的神经细胞的表面标志物部分细胞呈NsE阳性表达,见图4。创伤性腑组织匀浆培养基诱导组分化率为(54.28±6.03)%,正常脑组织匀浆培养基诱导组分化率为(32.76±3一。.25)%抗为PBS的对照组则无阳性表达。2BMSCs经.2脑组织匀浆诱导BMSCs后的形态变化创伤性脑组织匀浆培养基诱导24h后,细胞的胞体变大态变化不大,36h后部分细胞分化,,细胞形l泉来宽火扁平的细胞胞质逐渐向中央的细胞核收缩,回缩成圆形或梭形核,旱典型的核质体形态,,胞质紧贴胞致密呖折光性强,并随着时问的延长此现象更加趋于明显。48h后部分细胞可见两个或多个突起伸出,类似lssN1673.8225CN21.1539fRCoDEN:ZLKHAH463维普资讯 http://www.cqvip.com 7 ww ̄.zglc com 宋永嗣.等.蜘伤性眩组织匀浆对大鼠骨髓闻充囊干细瞻分ht为神经元详细瞻的影响 3讨论 BMsCs是存在于骨髓中的一类具有自我更新和增 殖能力的干细胞,可以在体内和体外特定条件下转化 为神经细胞 捌、成骨细胞 、软骨细胞㈣、心肌细胞 等【ll】。早在2000年,Woodbury等 应用13一ME、DMSO 和bFGF以及Sanchez-Rarnos等【1 应用ATRA和BDNF等诱 导因子分别在体外成功诱导骨髓间充质细胞转化成神经 元,并表达NSE,阳性率J ̄78%。国内相继有不同学者分 别应用不同中药对BMSCs进行向神经元的诱导l】 ,也分 别取得了不错的结果。本课题组前期应用黄芪诱导BMSCs 向神经干细胞分化成功【2】。神经元的诱导分化至少有两方 面的意义:一方面,揭示细胞的基因机制具有可塑性,外 环境的变化能够激发出细胞的多能性,从而超越起源胚层 的固有限制,分化为携带本胚层及其他胚层标志物的 细胞;另一方面,作为产生移植用神经元的新途径, 为临床治疗提供机会。 许多学者应用组织匀浆诱导干细胞向特定方向分 化,即为干细胞营造类似体内生长的局部微环境来促 进细胞生长、诱导其向特定方向分化[1%19】。牛朝诗等 】 应用大鼠闭合性颅脑损伤后24 h脑组织匀浆诱导 BMSCs,诱导24~36 h后开始出现形态学变化,诱导三 四天后NSE表达率为(23.2%±6.09)%,GFAP表达率 为(14.3%±3.27)%。 关于脑组织匀浆液诱导分化机制,牛朝诗等l2u 认 为可能是脑组织细胞通过分泌的生长因子如神经生长 因子、脑源性神经牛长因子、胶质源性神经营养因子 等生长因子,刺激间充质干细胞向神经细胞分化。损 伤脑组织匀浆之所以能诱导骨髓间充质干细胞分化, 原因是神经组织在受到损伤后,产生相应的反应,随 后出现一系列相应的变化。部分神经元因损伤而死亡, 还有神经元随后出现凋亡。同时,神经组织在损伤后各 种神经生长因子的分泌明显增加。这些生长因子能够促 进神经组织增生,保护神经功能。有学者认为损伤脑组 织匀浆的间充质干细胞的培养液中,不仅有脑组织中提 取的生长因子,而且有间充质干细胞分泌的多种生长因 子,共同刺激间充质干细胞向神经元样细胞的分化。有 报道,双侧皮质挫伤时,在伤后12 h即有神经生长因子 mRNA升高,伤后24 h与对照组相比可以增J3[16倍;至伤 后36 h,尽管神经生长因子mRNA ̄平有所下降,但仍为 对照组的3倍,而且损伤与非损伤部位无明显差异。损伤 后12 h之前或12 h就有脑源性神经生长因子mRNA瞬时 上调,到伤后24 h,虽然有所下降,但仍明显高于对照 组;脑源性神经生长因子比神经生长因子有更快的应 答,但 ̄1136 h两者都回到基线水平。因此,在本实验中 464 选择脑创伤后24 h的组织匀浆来进行诱导。 4参考文献 Ma W,Niu YP,Zhang H.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu Yu Linchuang Kangfu 2006:l0(42):88—9l 马维,牛彦平,张华.合并脑损伤大鼠骨折愈合过程中转化生长因子 13 1血清含量及在骨折位点的表达【J1.中国组织工程研究与临床 康复,2006,l0(42):88—9l 2 Wang XS.Cui HX,Lju H,et a1.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu Yu Linchuang Kangfu 2007:Il(42):8469—8472 王新生,崔慧先,刘华,等.黄芪诱导骨髓间充质干细胞分化进程 中细胞内钙离子浓度的动态变化【J1.中国组织工程研究与临床康 复,2007,Il(42):8469—8472 Dong XX,Leng SL,1.,iu JB.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu Yu Kangfu 2006:l0(2I1:卜3 董晓先,冷水龙,刘金保.黄芪诱导大鼠骨髓间充质干细胞分化为 神经样细胞的基因表达谱【J1.中国组织工程研究与临床康 复,2006,l0(21):l一3 4 Guo LYin Meng HQ,et a1.Diferentiation of mesenchymal stem cells into dopaminergic neuron—like cells in vitro.Biomed Environ Sci 2005;l8(1):36-42 5 Dezawa M,Kanno H.Hoshino M,et a1.Speciifc induction of neuron cells from bone inarrow 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