间充质干细胞,作为各大研究领域(干细胞、表观遗传学及生物医学等)的“明星”细胞,倍受医学及生物科学相关专业研究者的青睐,其在临床疾病治疗中具有巨大应用价值,自问世以来便引起了强烈的反响,得到了密切的关注且发展迅猛。
肝脏作为人体最大的实质性器官,在人体内发挥解毒、生物转化、免疫调节、内分泌等重要生理功能,肝损伤主要是由于有毒物质积累、病毒感染、药物损伤等因素导致肝细胞变性、坏死、组织纤维化从而导致严重的肝硬化。大量研究表明,移植的间充质干细胞能迁移到肝损伤部位且具有一定的治疗效果,但由于迁移到损伤部位的细胞数量有限,严重限制了它们的治疗应用。越来越多的证据表明,microRNA在调控MSCs迁移中发挥着重要作用,本项目团队主要成员在前期研究过程中发现microRNA-26b(miR-26b)能促进间充质干细胞向肝损伤部位迁移能力,因此利用miR-26b提高间充质干细胞迁移至损伤部位的数量可能有助于提高间充质干细胞对肝损伤的治疗效果。
根据一流学科创新人才培养计划要求,本虚拟仿真实验的开展不但可以满足学生对科学前沿的了解,还能掌握各种实验技能的原理与操作。
高表达miR-26b促进间充质干细胞向损伤部位迁移,完成整个研究过程需要连续操作数月,学生的实验课程学时无法满足实验所需时长。另外,由于实验成本较高、实验周期长、实验过程涉及动物解剖、细胞转染效率不稳定、细胞动物移植及检测、动物模型制作困难等不确定因素,实验成功率和重复率较低,多数高校本科教学难以开设。为了使学生能够掌握细胞生物学实验基本操作技术,必须克服时间过长及实验条件不允许的困难。因此,某些实验步骤必须采用虚拟仿真实验来代替,以此来缩短整个实验所需的时长,并替补因无实验设备缺乏而无法完成的实验操作。本虚拟仿真实验的开展能够使学习者不仅掌握细胞生物学基本操作技能,还能熟知非细胞生物学的一些操作技能。
本项目拟按照“间充质干细胞的原代培养→miR-26b导入间充质干细胞→细胞免疫荧光染色鉴定MSCs干性及多向分化潜能→移植高表达miR-26b的间充质干细胞治疗肝损伤”的实验设计思路,融合了细胞生物学传统实验、基础实验、开放及创新型实验等,贯穿细胞生物学实验内容要领,系统地、全面地将细胞生物学主要实验内容串联起来,使学生在基于理论学习的基础上,通过虚实结合、线上线下交互式学习及问答测验,使学生全面系统地掌握细胞生物学思维、细胞生物学理念,更好地将创新与实践相结合,促进学生创新思维及创新能力的培养。
利用虚实结合的实验教学模式,首先在线上完成以下虚拟学习内容:1. 分离和培养MSCs;2. 通过病毒介导或者其他的方式将能够促进MSCs迁移的miRNA导入MSCs。然后,先在线上完成MSCs的间接免疫荧光染色法鉴定,再由教师线下实际辅导学生进行间接免疫荧光染色的实际操作。最后,以虚拟教学的方法,让学生在线上学习移植MSCs治疗小鼠肝损伤,完成视频观看、在线答题和虚拟操作的内容,最终通过综合评价给出成绩。