Effect of different electrical stimulation waves on orientation and alignment of adipose derived mesenchymal stem cells

目的: 探讨不同电刺激波形对脂肪间充质干细胞（adipose derived mesenchymal stem cells，ADSCs）定向排列和细胞存活率的影响。. 方法: 取 5 周龄 SD 大鼠（体质量 100～150 g）体外分离培养 ADSCs。用第 3～5 代细胞制备细胞爬片，放入自制电场生物反应器中，分别施以电场强度为 1、2、3、4、5、6 V/cm 的直流电刺激（分别设为 A1、A2、A3、A4、A5、A6 组）；电场强度 6 V/cm、占空比 50%、频率 1 Hz 和 2 Hz 的方波电刺激（分别为 B1、B2 组）；电场强度 6 V/cm、脉宽 2 ms、频率 1 Hz 和 2 Hz 的双相脉冲波电刺激（分别为 C1、C2 组）。对照组（D 组）不施加电刺激。采用倒置显微镜定时拍照法观察 ADSCs 在电场作用过程中的形态学变化，计算细胞排列的平均对齐指数（orientation factor， OF）；采用罗丹明-鬼笔环肽荧光染色分析电场刺激后细胞的骨架排列；活死染色法分析细胞存活率；钙离子荧光染色标识电刺激中细胞内钙离子分布，分析细胞钙离子活动功能。. 结果: ADSCs 对直流电刺激的响应与电场强度相关，电场强度越高，形成垂直排列的细胞越多；各时间点 B1、B2 组及 C1、C2 组均未发现明显的细胞定向排列现象。除 A5、A6 组平均 OF 显著高于 D 组（ P 0.05）。细胞骨架染色分析表明，A5、A6 组细胞形成紧密的束状细胞骨架结构，且趋向于垂直电场矢量方向排列。细胞活死染色显示，除 A4、A5、A6 组细胞存活率显著低于 D 组（ P 0.05）。钙离子荧光染色显示，A4、A5、A6 组细胞内的钙离子荧光强度稍高于 D 组，其余各组细胞内的钙离子荧光强度与 D 组比较无显著差别。. Conclusion: The direct-current electric field stimulations with physiological electric field strength (5 V/cm and 6 V/cm) can induce the alignment of ADSCs, but no cell alignment is found under conditions of less than 5 V/cm direct-current electric field, square wave, and biphasic pulse wave stimulation. The cellular viability is negatively correlated with the electric field intensity.