低温3D打印联合冷冻干燥技术制备组织工程骨支架的研究

目的探讨采用低温3D打印联合冷冻干燥技术制备组织工程骨支架的方法,评价支架细胞相容性。方法取新鲜牛肌腱及家蚕生丝分别制备胶原蛋白(collagen,COL)、丝素蛋白(silk fibroin,SF)。采用计算机辅助软件Solid Works2014设计大小为9 mm×9 mm×3 mm、孔径为500μm的支架模型,以质量比9∶3∶2的COL、SF和纳米羟基磷灰石(nano-hydroxyapatite,n HA)混合物为原料,采用低温3D打印联合冷冻干燥技术构建COL/SF/n HA复合支架。大体观察结合扫描电镜观测支架形态及表面结构;采用力学试验机测量支架压缩位移、压缩应力及弹性模量,分析力学性能;将支架与MC3T3-E1细胞共培养1、7、14、21 d,倒置显微镜及扫描电镜观察细胞生长情况,MTT法检测细胞增殖情况,RT-PCR及Western blot检测MC3T3-E1细胞COLⅠ、ALP及骨钙素(osteocalcin,OCN)基因及蛋白表达情况。结果低温3D打印联合冷冻干燥技术成功制备COL/SF/n HA复合支架,扫描电镜示支架为大孔及微孔共存的3D多孔径立体结构。支架弹性模量为(344.783 07±40.728 55)k Pa,压缩应力为(0.062 15±0.007 15)MPa,压缩位移为(0.958 41±0.000 84)mm。共培养后倒置显微镜、扫描电镜观察及MTT检测均显示,随时间延长,支架表面大量细胞黏附,伸展充分,大孔孔壁上细胞生长良好,数量逐渐增多。RTPCR及Western blot检测示,MC3T3-E1细胞COLⅠ、ALP及OCN基因及蛋白均表达。结论低温3D打印联合冷冻干燥技术可精确控制支架微观结构,得到大孔、微孔共存的组织工程骨支架,且细胞相容性良好,为下一步骨缺损修复研究奠定基础。     

快速成型技术构建胶原丝素仿生骨支架治疗大鼠股骨髁缺损

目的探讨快速成型技术构建胶原丝素仿生骨支架的可行性,评估该骨支架治疗大鼠股骨髁缺损的效果。方法选取胶原蛋白、丝素蛋白和羟基磷灰石粉为原材料,根据骨缺损形状利用Solid Works 2015软件设计仿生骨支架外形,结合低温干燥快速成型技术构建仿生骨支架,并评估该支架在大鼠体内外的性能。扫描电镜观察骨支架超微结构;力学测试机评估支架试件压至10%应变时平均压缩位移、平均应力和杨氏模量。小鼠胚胎成骨前体细胞(MC3T3-E1)与该仿生骨支架共培养,观察支架孔隙内不同时间点细胞生长情况。制作大鼠股骨髁骨缺损模型,并用仿生骨支架适量填充,于第2、8、12周观察局部组织病理学变化。结果仿生骨支架整体结构为层叠-多孔-立体结构,壁厚、大孔和微细小孔直径适中,孔隙率高达94.38%,利于营养物质的渗入。力学性能指标中平均压缩位移量为(867.48±0.28)μm,平均应力为(0.071±0.006)MPa,平均仿生骨杨氏模量为(361.47±42.83)MPa。MC3T3-E1细胞与该支架共培养的组织相容性好,利于细胞的黏附和生长。大鼠骨缺损体内实验显示,仿生骨支架在12周内可基本完成缺损修复,效果显著。结论快速成型技术构建的胶原丝素仿生骨支架性质稳定、细胞相容性良好,治疗大鼠骨缺损效果显著,为临床解决骨缺损难题奠定了基础。     

增强型生物活性玻璃-胶原复合支架材料的成骨效能研究

目的 探讨增强型生物活性玻璃-胶原复合支架材料的体内外成骨效能.方法取第3代BMSCs种植于支架材料(支架组),以等量细胞常规培养作为非支架组,培养1、3、5、7、9、11 d采用阿尔玛蓝法动态检测细胞的增殖率.取第3代BMSCs种植于支架材料(体外实验组),以等量细胞常规培养作为体外对照组,培养4、7 d采用实时定量逆转录聚合酶链式反应(qRT-PCR)检测细胞骨形态发生蛋白-2(BMP-2)、碱性磷酸酶(ALP)、Ⅰ型胶原的mRNA表达.裸鼠皮下植入复合成骨样细胞的支架材料(体内实验组),取正常骨组织作为体内对照组,6周后以X线片、qRT-PCR、绀织学染色评估成骨情况.结果培养7～11 d支架组细胞增殖率显著高于非支架组,差异均有统计学意义(P<0.05).体外实验组培养7 d BMP-2、ALP、Ⅰ型胶原的mRNA表达显著高于体外对照组,差异均有统计学意义(P<0.05).体内实验组X线片示植入区域有密度增高影,支架材料形成白色硬性组织;BMP-2、Ⅰ型胶原、骨钙素、骨桥蛋白的mRNA表达较体内埘照组均增高,差异有统计学意义(P<0.05);组织学染色示支架材料大部分降解,新生骨形成明显.结论增强型生物活性玻璃-胶原复合支架材料具有良好的生物相容性,体内外均具有成骨效应.

Abstract：

Objective To study the in vivo and vitro biocompatibility and osteogenetic capacity of enhanced bioactive glass/collagen composite scaffold. Methods Bone marrow stromal cells(BMSCs)were collected and induced to osteoblast-like cells.The growth rate of BMSCs was detected and compared progressively through Alamar Blue.The RNAs of the cells were collected and detected for bone morphogenetic protein-2(BMP-2),alkaline phosphatase(ALP),collagen Ⅰ(Col-Ⅰ)through qRT-PCR on the fourth and seventh days.Scaffolds with induced osteoblasts were embedded into 3 nude mice subcutaneously in vivo and detected after 6 weeks.X-ray,qRT-PCR and tissue staining were used to detect the mRNA expressions of BMP-2,Col Ⅰ,osteocalcin(OCN)and ostcopontin(OPN)and bone formation. Results SEM(scanning electronic microscopy)showed BMSCs attached to the scaffold tightly and viably and proliferated actively on the scaffold.The growth rate in the experimental group was significantly higher after 7 days(P<0.05)than in the control group.qRT-PCR showed that the mRNA expressions of BMP-2,ALP and Col-Ⅰ in the experimental group were significantly higher than in the control group on the seventh day(P<0.05).X-ray showed that the dense images of embedded scaffolds were locally similar to those of normal bone after 6 weeks.qRT-PCR showed that the mRNA expressions of BMP-2,Col Ⅰ,OCN and OPN in the experimental group were significantly higher than those of normal bone(P<0.05).HE and Massort staining of the paraffin sections showed the scaffolds degraded generally and osteoblasts and chondrocytes proliferated abundantly and distributed irregularly.Bone formation could be observed obviously. Conclusion Enhanced bioactive glass/collagen composite scaffolds have good biocompatibility and osteogenetic capacity in vitro and vivo.     

FTY720-P对MC3T3-E1细胞分化成熟的作用研究

目的探讨FTY720-P对MC3T3-E1细胞分化成熟的作用。方法取MC3T3-E1细胞,分为实验组和对照组。实验组以400 ng/mL FTY720-P(以氯仿为溶剂)作用于细胞,建立体外诱导成骨分化模型;对照组培养基中仅加入氯仿。培养48 h后,倒置相差显微镜观察两组细胞形态;免疫荧光染色检测两组成骨细胞相关蛋白Ⅰ、Ⅲ型胶原蛋白的表达;ALP染色及茜素红染色观察两组成骨细胞形成情况及矿化结节形成情况;TUNEL荧光法检测两组细胞凋亡情况。结果培养48 h后,可见两组细胞均已长满瓶底,呈梭形,细胞形态无明显差异。免疫荧光染色显示,实验组Ⅰ型胶原蛋白表达呈阳性,对照组呈弱阳性;实验组的Ⅰ型胶原蛋白积分吸光度(IA)值为187 600±7 944,显著高于对照组的14 230±1 070,差异有统计学意义(t=43.680,P=0.001)。实验组和对照组Ⅲ型胶原蛋白表达均呈弱阳性,两组Ⅲ型胶原蛋白IA值比较差异无统计学意义(t=1.976,P=0.119)。实验组细胞ALP染色和茜素红染色均呈阳性,而对照组均呈阴性。实验组TUNEL染色呈阳性,对照组呈阴性;实验组TUNEL染色细胞阳性率为35.82%±2.99%,显著高于对照组的2.28%±0.51%(t=23.420,P=0.002)。结论 FTY720-P可以促进MC3T3-E1细胞成骨分化,加快细胞外基质成熟和矿化,且能影响细胞凋亡。     

KLD-12多肽/重组人BMP-2凝胶诱导兔BMSCs成骨活性的实验研究

目的探讨KLD-12多肽复合重组人BMP-2(recombinant human BMP-2,rhBMP-2)诱导兔BMSCs成骨活性的影响。方法取3月龄新西兰大白兔骨髓,采用密度梯度法分离培养BMSCs。取第3代BMSCs分别采用KLD-12多肽/rhBMP-2凝胶三维培养(实验组)和KLD-12多肽凝胶培养(对照组)。培养7 d倒置相差显微镜下观察实验组细胞在凝胶内的形态;3、7、10、14、21 d检测两组细胞培养基中ALP及骨钙蛋白含量;培养14 d两组行Ⅰ型胶原免疫荧光染色观察,实时荧光定量PCR检测Ⅰ型胶原和骨钙蛋白基因相对表达量。结果倒置相差显微镜下观察,培养7 d实验组及对照组凝胶内BMSCs呈圆形,分布均匀。两组培养3、7 d时ALP表达量及骨钙蛋白含量比较差异无统计学意义(P0.05),10~21 d实验组以上指标均明显高于对照组(P0.05)。培养14 d,激光共聚焦显微镜观察示,实验组Ⅰ型胶原免疫荧光染色阳性,且荧光强度较对照组高;实时荧光定量PCR检测实验组Ⅰ型胶原、骨钙蛋白基因相对表达量均显著高于对照组,比较差异有统计学意义(t=15.902,P=0.000;t=12.998,P=0.000)。结论 BMSCs在KLD-12多肽内正常生长并增殖,KLD-12多肽/rhBMP-2凝胶诱导BMSCs向成骨细胞分化的生物活性良好。     

FTY720-P对MC3T3-E1细胞分化成熟的作用研究北大核心CSCD

目的探讨FTY720-P对MC3T3-E1细胞分化成熟的作用。方法取MC3T3-E1细胞,分为实验组和对照组。实验组以400 ng/mL FTY720-P(以氯仿为溶剂)作用于细胞,建立体外诱导成骨分化模型;对照组培养基中仅加入氯仿。培养48 h后,倒置相差显微镜观察两组细胞形态;免疫荧光染色检测两组成骨细胞相关蛋白Ⅰ、Ⅲ型胶原蛋白的表达;ALP染色及茜素红染色观察两组成骨细胞形成情况及矿化结节形成情况;TUNEL荧光法检测两组细胞凋亡情况。结果培养48 h后,可见两组细胞均已长满瓶底,呈梭形,细胞形态无明显差异。免疫荧光染色显示,实验组Ⅰ型胶原蛋白表达呈阳性,对照组呈弱阳性;实验组的Ⅰ型胶原蛋白积分吸光度(IA)值为187 600±7 944,显著高于对照组的14 230±1 070,差异有统计学意义(t=43.680,P=0.001)。实验组和对照组Ⅲ型胶原蛋白表达均呈弱阳性,两组Ⅲ型胶原蛋白IA值比较差异无统计学意义(t=1.976,P=0.119)。实验组细胞ALP染色和茜素红染色均呈阳性,而对照组均呈阴性。实验组TUNEL染色呈阳性,对照组呈阴性;实验组TUNEL染色细胞阳性率为35.82%±2.99%,显著高于对照组的2.28%±0.51%(t=23.420,P=0.002)。结论 FTY720-P可以促进MC3T3-E1细胞成骨分化,加快细胞外基质成熟和矿化,且能影响细胞凋亡。     

兔骨髓间充质干细胞在壳聚糖支架上的诱导培养

目的观察存壳聚糖(Chitosan)三维支架上诱导兔骨髓间充质干细胞(rMSCs)向髓核样细胞分化的情况,探讨应用其制作组织工程髓核的可能性.方法将体外培养的第3代rMSCs接种于经冷冻干燥法构建的壳聚糖三维支架上,在主要含有转化生长因子β1(TGF-β1)、胰岛素 转铁蛋白 亚硒酸钠(ITS)、地塞米松、丙酮酸钠的培养液中培养(实验组),同时设立对照组(非诱导组).在培养7d、14d、21d时取标本行组织学检测,观察三维支架上rMSCs的生长及分化情况,对支架细胞复合物行Ⅱ型胶原免疫组化检测,测定培养液中糖胺聚糖(GAG)含量及Ⅱ型胶原的表达量,计算细胞外基质GAG含量.结果rMSCs在壳聚糖三维支架上生长状态良好,体外培养7d、14d、21d时,实验组培养液中细胞外基质GAG含量分别为55.8±4.6、86.7±5.8、83.2±3.41μg/cm2,对照组培养液中细胞外基质GAG含量分别为34.2±5.6、42.6±4.8、40.8±4.4μg/cm2,两组间相同时间点比较有显著性差异(P＜0.05);Ⅱ型胶原蚩白电泳及Western-blot检测实验组在培养14d与21d时可见到Ⅱ型胶原电泳条带,21d时Ⅱ型胶原蛋白含量多于14d时;对照组未见Ⅱ型胶原表达.结论rMSCs在壳聚糖三维支架上培养生长良好,在特定的诱导培养液诱导下可以向髓核样细胞分化.     

BMP-2明胶/壳聚糖水凝胶缓释系统复合羟基磷灰石/二氧化锆泡沫陶瓷与诱导多能干细胞来源MSCs的体外研究

目的构建BMP-2明胶/壳聚糖水凝胶缓释系统,与诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPS)来源MSCs复合种植至羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)/二氧化锆(zirconium dioxide,ZrO2)生物多孔泡沫陶瓷材料,体外共培养,探索缓释系统对iPS-MSCs成骨分化的作用。方法运用油包水相溶液制备BMP-2明胶/壳聚糖水凝胶微球,检测微球的药物包封率、载药率和体外缓释速率。建立HA/ZrO2多孔生物泡沫陶瓷材料复合iPS-MSCs及BMP-2明胶/壳聚糖水凝胶缓释系统共培养体系,作为实验组;以未复合BMP-2明胶/壳聚糖水凝胶缓释系统的细胞-支架复合物作为对照组。两组培养3、7、10、14 d,检测细胞的ALP分泌量,RT-PCR检测核心结合因子α1(core binding factorα1,Cbfa1)、Ⅰ型胶原和锌指结构转录因子(Osterix,OSX)基因表达水平;培养14 d时行免疫组织化学染色观察Ⅰ型胶原表达,并通过扫描电镜观察细胞爬行及黏附状态。结果 BMP-2明胶/壳聚糖水凝胶缓释系统具有较好的药物包封率及载药率,可延长BMP-2的活性时间。共培养体系体外培养各时间点实验组ALP分泌量及Cbfa1、Ⅰ型胶原、OSX基因相对表达量均显著高于对照组,差异有统计学意义(P0.05)。免疫组织化学染色观察示,实验组荧光数量明显多于对照组,即Ⅰ型胶原表达水平高于对照组;细胞能较均匀地分布于材料上,细胞形态良好。扫描电镜观察示缓释系统能较好地黏附于细胞之间。结论 iPS-MSCs具有促成骨分化能力,在BMP-2明胶/壳聚糖水凝胶缓释系统作用下其促成骨能力显著增强。iPS-MSCs与缓释系统结合后能良好黏附于材料上,且细胞活性较好。     

rhBMP-2、VEGF165双基因转染脂肪干细胞复合支架对体外成骨分化的影响

目的观察重组人骨形态发生蛋白-2(rh BMP-2)、血管内皮生长因子165(VEGF165)双基因转染脂肪干细胞(ADSCs)复合支架对体外成骨分化的影响。方法培养体外犬脂肪干细胞,构建携带rh BMP-2和VEGF165基因的重组慢病毒表达载体,将转染细胞接种到TCP支架,检测转染后细胞附着生长与增殖活性,并以实时定量PCR实验测定rh BMP-2和VEGF165m RNA表达水平,以ELISA试剂盒测定成骨分化标记物骨碱性磷酸酶(ALP)、骨钙素(OCN)、骨桥蛋白(OPN)水平。结果与对照组相比,其余3组的rh BMP-2 m RNA表达水平明显升高,且双基因组和rh BMP-2组高于VEGF165组;其余3组的VEGF165 m RNA表达水平也均明显升高,且双基因组和VEGF165组高于rh BMP-2组,其组间差异均有统计学意义(P<0.05)。与对照组相比,其余3组ALT、OCN、OPN水平均升高,且双基因组高于rh BMP-2组和VEGF165组,rh BMP-2组高于VEGF165组,各组间差异均有统计学意义(P<0.05)。结论 rh BMP-2、VEGF165双基因转染ADSCs复合支架能够有效提高体外ADSCs成骨分化相关因子ALP、OCN、OPN的合成与分泌,利于促进成骨分化。     

BMP-14联合Noggin shRNA共转染对脂肪来源干细胞成骨分化能力的影响

目的在体外环境下同时下调细胞中Noggin基因和增加BMP-14基因,观察对脂肪来源干细胞(adipose derived stem cells,ADSCs)成骨分化能力的影响。方法取健康成年SD大鼠5只,体质量250~300 g,采用Ⅰ型胶原酶消化法获取原代ADSCs,体外培养、扩增。使用慢病毒载体将目的基因转染大鼠ADSCs,根据目的基因不同将实验分为3组,A组为空载体病毒Lv-增强型绿色荧光蛋白转染对照组,B组为Lv-BMP-14转染组,C组为BMP-14+Noggin sh RNA转染组。分别于转染后3、7、14 d,采用实时荧光定量PCR检测BMP-14及成骨相关基因[Ⅰ型胶原、ALP、骨钙素(osteocalcin,OCN)]的表达,转染后14 d采用茜素红染色鉴定其成骨分化能力。结果转染后3 d,各组BMP-14 m RNA相对表达量比较差异无统计学意义(P0.05);7、14 d,C组BMP-14 m RNA相对表达量高于A、B组,B组高于A组,比较差异均有统计学意义(P0.05)。转染后3 d,C组各成骨相关基因m RNA相对表达量显著高于A、B组(P0.05);A、B组间比较差异无统计学意义(P0.05)。转染后7、14 d,C组各成骨相关基因m RNA相对表达量显著高于A、B组,B组高于A组,除转染后7 d A、B组间Ⅰ型胶原m RNA相对表达量比较差异无统计学意义(P0.05)外,其余各组间比较差异均有统计学意义(P0.05)。转染后14 d茜素红染色示,A、B、C组钙结节量呈递增趋势。结论 BMP-14具有增强大鼠ADSCs向成骨细胞分化的能力;沉默细胞中的Noggin基因、联合BMP-14基因共同作用于大鼠ADSCs,其体外成骨分化能力明显强于BMP-14单基因转染,两者有显著的协同作用。     

吡格列酮对正常MC3T3-E1成骨细胞增殖、凋亡以及功能蛋白表达的影响

目的探讨不同浓度吡格列酮(PIO)对正常糖浓度培养下MC3T3-E1小鼠早期成骨细胞增殖、凋亡及功能蛋白分泌表达的影响。方法体外培养MC3T3-E1细胞,分为正常对照组、不同浓度PIO干预组(5μmol/L、10μmol/L、20μmol/L、40μmol/L),分别干预24、48 h。CCK-8检测细胞增殖,流式细胞仪检测细胞凋亡率,RIA法和ELISA法分别检测相关功能蛋白骨钙素(OCN)、碱性磷酸酶(ALP),RT-PCR检测过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ)、成骨因子runt相关基因2(Runx2)及骨形成蛋白-2(BMP-2)mRNA表达水平。结果 (1)与对照组比较,MC3T3-E1细胞增殖能力在5μmol/L PIO干预组增加显著(P<0.05)、在PIO大于5μmol/L～10μmol/L干预组则降低(P<0.05)。干预时间由24 h延长至48 h,各组细胞增殖能力呈不同程度增加,但在20、40μmol/L PIO干预的两组增加无统计学差别。(2)对照组及各PIO浓度干预干预24 h,细胞凋亡率分别为:1.97%、0.43%、13.0%、48.30%、81.00%;(3)随着PIO浓度从0～40μmol/L范围内的增加,MC3T3-E1细胞的PPARγmRNA表达水平呈增加趋势(P<0.05);Runx2 mRNA表达量在5μmol/L PIO浓度组时较对照组增加,在剂量较高时(PIO≥10μmol/L)随浓度升高表达下降。(4)细胞功能蛋白ALP、OCN的分泌及BMP-2的表达在5μmol/L PIO浓度组时最高,PIO≥10μmol/L时,上述蛋白量逐渐下降(P<0.05);随干预时间从24～48 h延长,各PIO浓度干预组ALP以及BMP-2量增加(P<0.05),而OCN无显著改变(P>0.05)。结论 PIO对正常糖浓度培养的MC3T3-E1细胞具有双向作用:低浓度促进细胞增殖,高浓度则促进凋亡。PPARγ适当激活可促使成骨细胞通过Runx2增加功能蛋白的合成;过度激活,则表现出细胞毒性。     

不同浓度rhBMP-2对MC3T3-E1细胞增殖、ALP活性及成骨分化的影响

目的研究不同浓度rh BMP-2对MC3T3-E1细胞增殖、ALP活性及成骨分化的影响规律。方法 MC3T3-E1细胞接种到培养板24 h后,试验组分别加入1.25、2.5、5、10μg/ml的rh BMP-2进行药物干预,对照组加入全培。试验组应用CCK-8法检测细胞增殖活性,PNPP法检测细胞ALP活性,RT-PCR法检测成骨标志蛋白m RNA的表达情况。结果rh BMP-2浓度为2.5μg/ml时开始促进细胞的增殖(P0.05),rh BMP-2浓度为5μg/ml时促进作用达到峰值(P0.05)。rh BMP-2浓度为2.5μg/ml时ALP活性显著提高(P0.05);rh BMP-2浓度为5μg/ml和10μg/ml时,ALP活性较浓度为2.5μg/ml时继续升高,但差异无统计学意义(P0.05)。ALP、COL1-α以及转录因子RUNX-2的m RNA含量均在加入浓度5μg/ml rh BMP-2后明显升高(P0.05),继续加大rh BMP-2浓度,m RNA含量没有明显增加。结论在研究范围内,rh BMP-2对MC3T3-E1的影响呈浓度依赖性。     

健骨胶囊对成骨样细胞MC3T3-E1增殖及分化作用机制

目的 探讨国医大师刘柏龄“健骨胶囊”对MC3T3-E1成骨细胞分化及增殖的影响。方法 制备健骨胶囊水提物,采用CCK-8法和细胞迁移实验检测健骨胶囊提取物对MC3T3-E1细胞增殖和细胞迁移的影响;茜素红染色检测MC3T3-E1细胞的矿化能力;实时荧光定量PCR检测成骨分化基因Runx2、OCN、OPN、Col1a1、ALP、Bcl2、RASSF1A等mRNA表达水平;蛋白质印迹法Western blot检测Col1a1、Bcl2的蛋白表达水平。结果 通过实验结果比对得出,健骨胶囊提取物能促进MC3T3-E1细胞增殖、使细胞迁移率提高;同时健骨胶囊提取物组能明显提高MC3T3-E1细胞钙化能力(P＜0.01),促进Runx2、OCN、OPN、Col1a1、ALP、Bcl2的mRNA表达(P＜0.05),上调Col1a1、Bcl2蛋白量的表达。结论 健骨胶囊能促进成骨细胞MC3T3-E1的增殖及细胞迁移能力,并通过上调成骨基因的表达水平如Runx2、OCN、OPN、Col1a1、ALP、Bcl2等,提高MC3T3-E1细胞的成骨能力。     

不同胶原支架对髓核间充质干细胞分化的影响

目的 :比较不同胶原支架中髓核间充质干细胞(NPMSCs)的细胞存活、增殖能力和分化相关基因及蛋白表达等方面的差异。方法:在体外构建Ⅰ型、Ⅰ/Ⅱ型混合和Ⅱ型胶原支架,观察其显微结构、孔隙率及降解特性。从健康雄性大鼠尾椎提取NPMSCs,分别采用细胞微球、Ⅰ型胶原、Ⅰ/Ⅱ型混合胶原、Ⅱ型胶原支架培养,其中细胞微球作为对照。通过乳酸脱氢酶(LDH)检测材料生物毒性,CCK-8测定细胞增殖,实时定量PCR和Western Blot测定SOX9、聚集蛋白聚糖、Ⅰ型胶原和Ⅱ型胶原的基因和蛋白表达水平,阿尔新蓝组织学染色检测硫酸蛋白聚糖的表达。结果:Ⅰ型、Ⅰ/Ⅱ型混合和Ⅱ型胶原支架孔隙率均为90%以上,构建21d后的降解率分别为(10.30±0.66)%、(9.87±0.71)%和(10.40±0.53)%。培养后7d细胞LDH检测结果Ⅰ型、Ⅰ/Ⅱ型混合和Ⅱ型胶原支架组分别为12.24±0.65、12.13±1.03、12.67±1.15,与对照组12.50±1.32比较无显著性差异(P0.05)。胶原支架中培养5d及7d的细胞CCK-8检测结果 (Ⅰ型胶原组为0.67±0.04、1.20±0.05,Ⅰ/Ⅱ型混合胶原组为0.62±0.05、1.20±0.07,Ⅱ型胶原组为0.69±0.02、1.34±0.04)明显高于对照组(0.53±0.03,1.02±0.02)(P0.05)。培养21d后,三种胶原支架组与对照组比较,SOX9、Ⅰ型胶原、Ⅱ型胶原及聚集蛋白聚糖的基因表达均显著上升(P0.05),其中Ⅱ型胶原支架组上述基因表达量最高,与Ⅰ型及Ⅰ/Ⅱ型混合胶原支架组有显著性差异(P0.05);与对照组比较,Ⅰ型胶原支架组中仅Ⅰ型胶原及聚集蛋白聚糖的蛋白表达上升(P0.05);Ⅰ/Ⅱ型混合及Ⅱ型胶原支架组中SOX9、Ⅰ型胶原、Ⅱ型胶原及聚集蛋白聚糖的蛋白表达有显著上升(P0.05),其中Ⅱ型胶原支架组上述蛋白表达量最高,且与Ⅰ型及Ⅰ/Ⅱ型混合胶原支架组有显著性差异(P0.05)。阿尔新蓝组织学染色检测硫酸蛋白聚糖在Ⅱ型胶原支架组表达明显高于其余各组。结论:Ⅰ型胶原、Ⅰ/Ⅱ型混合胶原、Ⅱ型胶原支架均促进NPMSC的分化,而Ⅱ型胶原支架促进NPMSC成髓核细胞分化作用尤为显著。Ⅱ型胶原是髓核组织工程学的理想生物支架材料。     

牵拉应力下成骨细胞(MC3T3-E1)的增殖与matrilin-2 mRNA的表达

目的观察三维培养的克隆鼠颅骨成骨细胞(MC3T3-E1)在特定的周期性牵拉应力刺激下,其增殖能力、碱性磷酸酶(ALP)活性及matrilin-2mRNA表达的变化。方法以明胶海绵(2cm×2cm×0.25cm)作为MC3T3-E1的三维培养支架,每块明胶海绵种植细胞悬液100μl,细胞数目为1.25×105个。明胶海绵拉伸度为5%、频率60r/min、15min/h,牵拉后2、4、6、8、10d分别从牵拉组和对照组中各取3个样本,行细胞计数、细胞及培养液的ALP活性测定、细胞的matrilin-2mRNA测定。结果第2天牵拉组的细胞数目即多于对照组(P<0.05),细胞倍增时间从71h提前至55h。除第2天外,牵拉组细胞的ALP活性低于对照组(P<0.05),两组培养液中ALP活性均处于低水平,无显著差别。第4天牵拉组matrilin-2mRNA的表达水平高于对照组(P<0.01),之后保持高水平表达。结论周期性牵拉应力促进三维培养的MC3T3-E1的增殖,抑制细胞的ALP活性,促进matrilin-2mRNA的表达,细胞的分化能力增强。     

氧化应激活化RAW264.7巨噬细胞对MC3T3-E1成骨细胞迁移、增殖及成骨基因表达影响的实验研究

目的探索氧化应激活化RAW264.7巨噬细胞对MC3T3-E1成骨细胞迁移、增殖及成骨基因表达的影响。方法取MC3T3-E1细胞系及RAW264.7细胞系,分别培养传至第7代进行实验。利用不同浓度(0、25、50、100μmol/L)H_2O_2刺激RAW264.7细胞,MTS检测培养1、3、6 h后细胞增殖率,采用超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)检测试剂盒检测培养1 h时细胞内SOD含量,筛选H2O2引起RAW264.7细胞氧化应激的最佳浓度和作用时间,并对应收集RAW264.7细胞(加或不加H_2O_2处理)24 h上清液。取第7代MC3T3-E1细胞,分别以100μL无血清DMEM培养基(A组)、未氧化应激RAW264.7细胞上清液(B组)、氧化应激RAW264.7细胞上清液(C组)培养,采用MTS法检测细胞增殖情况,行划痕实验检测细胞迁移能力;另取细胞分为4组,空白对照组,以完全培养基培养;阳性对照组,以含50μg/m L维生素C及10 nmol/L的β甘油磷酸钠的完全培养基进行成骨诱导培养;正常对照组,以含50μg/m L维生素C及10 nmol/L的β甘油磷酸钠的完全培养基及未氧化应激RAW264.7细胞上清液培养;实验组,以含50μg/m L维生素C及10 nmol/L的β甘油磷酸钠的完全培养基及氧化应激RAW264.7细胞上清液培养。培养3、7、14 d,RT-PCR检测细胞内成骨相关基因ALP、Runx2、骨桥蛋白(osteopontin,OPN)、Ⅰ型胶原蛋白(collagen typeⅠ,COL-Ⅰ)、骨钙素(osteocalcin,OC)、骨唾液酸蛋白(bone sialoprotein,BSP)表达水平。结果 MTS和SOD检测结果显示:25μmol/L H_2O_2刺激1 h为构建RAW264.7细胞氧化应激模型最佳浓度和作用时间。细胞生长检测显示:1、2、3 d B、C组细胞增殖率显著高于A组(P0.05),C组低于B组,其中2、3 d时组间比较差异有统计学意义(P0.05)。划痕实验显示12 h时B、C组MC3T3-E1细胞迁移显著快于A组,C组快于B组,细胞迁移距离比较差异有统计学意义(P0.05);24 h时B、C组划痕已被细胞爬满。除3 d外,实验组各时间点ALP、Runx2、OC、BSP m RNA相对表达量均较阳性对照组明显降低,OPN、COL-Ⅰm RNA相对表达量较空白对照组降低,差异有统计学意义(P0.05)。结论 H_2O_2构建RAW264.7细胞氧化应激模型的最佳浓度为25μmol/L、作用时间为1 h。氧化应激活化RAW264.7巨噬细胞上清液能促进MC3T3-E1成骨细胞迁移、抑制其增殖及成骨相关基因的表达。     

黄芩素通过BMP-2/Smad通路促进MC3T3-E1成骨作用的实验研究

目的 探讨黄芩素（BAI）对小鼠胚胎成骨细胞前体细胞（MC3T3-E1）成骨分化的作用及其分子机制。方法 将MC3T3-E1分为对照组（正常培养）和BAI组（以Baicalein处理）,在成骨分化条件培养下采用CCK-8检测BAI对MC3T3-E1细胞增殖的影响;分别以碱性磷酸酶染色（ALP）、茜素红染色（ARS）检测MC3T3-E1细胞成骨分化水平与矿化能力,实时荧光定量PCR检测成骨标志基因ALP、COL1A1、RUNX2、OSX的mRNA表达水平,通过免疫印迹法（Western-blot）检测MC3T3-E1细胞中BMP-2、Smad1、p-Smad1蛋白表达水平,通过免疫荧光技术（IF）检测RUNX2、COL1A1表达水平。结果 与对照组比较,BAI干预1 d后发现,BAI组COL1A1（P<0.001）、RUNX2（P <0.05）、OSX（P <0.05） mRNA表达水平在成骨分化中表达上升;干预3 d后发现,与对照组比较,BAI组ALP（P <0.05）、RUNX2（P <0.001）mRNA表达上升;干预7 d后发现,与对照组比较,BAI组COL1A1（P <0.05）mRNA表达水平较对照组上升,BMP-2、p-Smad1/Smad1蛋白表达水平上升（P <0.05）。免疫荧光中成骨标志蛋白RUNX2、COL1A1表达增多（P <0.05）。结论 BAI可通过激活BMP-2/Smad通路促进MC3T3-E1成骨分化。     

滑膜间充质干细胞体内外成骨特性的实验研究

目的探讨大鼠滑膜间充质干细胞(synovium-derived mesenchymal stem cells,SMSCs)生物学特性及诱导成骨的可行性,评估SMSCs复合羟基磷灰石/壳聚糖/聚乳酸(hydroxylapatite/chitosan/poly L-latic acid,HA/CS/PLLA)支架材料在体内异位成骨能力。方法采用酶消化法和贴壁法分离培养SMSCs,并利用流式细胞仪检测细胞表型,SMSCs成脂及成骨诱导后分别行油红O染色、ALP染色和茜素红染色鉴定。取第3代SMSCs,成骨诱导1、7、14、21、28 d后,采用实时荧光定量PCR检测骨钙素(osteocalcin,OCN)、Ⅰ型胶原、ALP以及Runx-2m RNA表达情况;成骨诱导后1、3、5、7、9、11 d,采用ELISA法检测ALP活性;成骨诱导后7、14、21、28 d,采用茜素红S法检测钙盐沉积;以正常培养SMSCs作为对照组。体内实验:取SD大鼠24只,随机分为实验组和对照组(n=12);取第3代SMSCs接种于HA/CS/PLLA支架材料,体外复合培养72 h后植入实验组大鼠右下肢肌袋,对照组大鼠植入单纯HA/CS/PLLA支架材料;术后4、8周通过X线片及组织学观察分析SMSCs体内成骨情况。结果提纯后SMSCs CD147、CD90、CD105、CD44表达超过95%,而CD117、CD34、CD14、CD45表达低于10%;油红O染色可见红色脂滴形成,茜素红染色可见红色钙化灶,ALP染色可见细胞质呈咖啡样深染。实时荧光定量PCR检测示,SMSCs成骨诱导7 d,Ⅰ型胶原、ALP、Runx-2 m RNA表达显著增加,诱导14 d OCN m RNA表达显著增加。成骨诱导后5、7、9、11 d ALP活性明显高于对照组,7 d时达峰值(P0.05)。成骨诱导14 d,钙含量显著增加,且随诱导时间延长钙含量逐渐增加(P0.05),且均高于对照组(P0.05)。体内实验术后4、8周影像学和组织学观测结果显示,两组均可见新生骨形成,但实验组成骨量明显多于对照组(P0.05)。结论 SMSCs在体内、体外均可诱导成骨,可成为骨组织工程的种子细胞。     

张应力加载下PLGA-胶原类细胞外基质三维支架复合培养大鼠成肌细胞“整合素β1”的表达

目的:利用PLGA(poly lactide-co-glycolide)-胶原类细胞外基质复合支架构建大鼠成肌细胞体外三维力学加载模型并研究周期性机械张应力对不同方式培养的大鼠成肌细胞"整合素β1"基因表达的影响。方法:静电纺丝法制备PLGA-胶原类细胞外基质复合生物支架并将其粘接于加力板上,与体外培养的大鼠成肌细胞进行复合培养;使用"Forcel"四点弯曲细胞应变加载装置分别对三维培养和二维培养的大鼠成肌细胞进行生理限度内的力学加载;利用RT-PCR技术检测不同时间点细胞整合素β1 mRNA的表达;比较张应力作用下,三维PLGA-胶原复合支架上和二维平面培养细胞整合素β1基因表达水平的差异。结果:除加载15min外,相同强度张应力作用的各个时间点,三维支架上细胞整合素β1的表达均明显高于二维平层培养细胞;且三维支架上细胞整合素β1的表达水平更快达到峰值,而且峰值持续时间也显著增加。结论:周期性张应力刺激下,三维复合培养大鼠成肌细胞整合素β1mRNA表达水平明显高于二维培养细胞,这表明培养方式及细胞外基质的三维空间结构对加载早期细胞的力学信号转导有着十分重要的作用。     

miR-137靶向作用RUNX2调控MC3T3-E1细胞成骨分化

目的探讨miR-137对RUNX2的靶向作用及其对MC3T3-E1细胞成骨分化的影响。方法通过软件预测miR-137与成骨标志基因RUNX2的结合位点。检测MC3T3-E1细胞诱导成骨分化过程中miR-137的表达变化。转染miR-137 mimics或miR-137 inhibitor后,再诱导MC3T3-E1细胞成骨分化,检测成骨分化标志物(RUNX2、ALP、OPN、OCN及OSX)表达变化。结果经软件预测,miR-137与靶基因RUNX2有结合位点。MC3T3-E1细胞成骨分化过程中,miR-137表达下调。转染miR-137mimics的MC3T3-E1细胞成骨标志基因表达受到抑制,而转染miR-137 inhibitor组成骨标志基因呈不同程度表达上调。结论miR-137通过靶向作用RUNX2基因调控MC3T3-E1细胞成骨分化。