物理性刺激对骨膜软骨生成的影响

目的探讨物理性刺激对骨膜软骨生成方面的影响,以期培养出一种与正常关节软骨更相似的软骨组织。方法从新西兰大白兔胫骨近端内侧取下骨膜,将骨膜固定在支架上,然后将细胞支架悬吊在旋转瓶内,用水流产生的剪切应力去刺激骨膜。通过宏观观察、体积大小测量、组织切片染色与细胞外基质(ECM)成分的比较及生物力学测试分析软骨体外生长的最佳环境。结果宏观观察发现软骨生长的方向与水流的方向相同。组织切片染色可见有两层不同形态的软骨细胞和不同密度的ECM,免疫组织化学染色见在剪切应力的刺激下,软骨表面可分泌浅层蛋白质及润滑剂,且在不同大小的剪切应力刺激时,软骨表面还会产生不同厚度的表层。结论剪切应力刺激能使骨膜上的干细胞分化形成软骨,同时证明力学环境不仅影响细胞的分化与生长,而且影响细胞的形态与ECM的分泌。     

钛颗粒负荷对切应力作用下骨髓间质干细胞F-actin表达和DNA含量的影响

假体磨损碎屑颗粒是引起假体一骨界面无菌性炎症和骨溶解而致全关节置换术失败的主要原因之一。磨屑颗粒所诱发的骨溶解须有周围骨组织中成骨细胞分泌足够的骨基质以弥补丢失的骨量，而成骨细胞正常的数量和质量有赖于其来源骨髓祖细胞—骨髓问质干细胞的正常增殖分化能力的维持。为了探讨磨屑钛颗粒对大鼠骨髓间质干细胞(Rat MSCs，rMSCs)产生细胞毒性的可能细胞分子机制，选用健康3月龄SD雄性大鼠，采用Percoll等密度梯度离心法分离获取rMSCs，经体外传代纯化培养后，与不同直径、不同负荷浓度、不同负荷作用时间的钛颗粒悬液共孵育，再采用精准的流室系统对钛颗粒负荷的rMSCs施加一定的流体剪切应力(Fluid shear stress，FSS)后立刻固定细胞，经免疫荧光抗体染色，结合激光共聚焦显微镜技术和图像分析软件定性定量分析rMSCs F—actin表达和DNA含量的变化情况。同时设置相应的未经钛颗粒孵育的rMSCs细胞为对照组细胞。结果显示，切应力作用可上调rMSCs胞内F—actin的表达。亚微(Submieron)直径(0．9μm)的钛颗粒负荷对rMSCs F—actin表达和DNA含量的抑制作用最为显著，并伴有凋亡小体出现；直径为2．7μm的钛颗粒负荷产生的抑制作用略为减弱，而较大直径(6．9μm)的抑制效应最弱。相同条件下，钛颗粒负荷对F—actin的抑制效应有一定的时间和浓度依赖性：以0．1wt％浓度对F—actin表达和DNA含量的抑制效应最为明显，亦有凋亡小体的出现；随着浓度的降低，抑制作用亦减弱，以0．01wt％浓度最弱；随着作用时间的延长，F—actin表达和DNA含量逐渐降低，至实验中的32h达到最低值。提示：磨屑颗粒对rMSCs活力的抑制作用是假体无菌性松动的可能分子机制，对其具体细胞分子机制进行深入研究，必将有助于有效防治假体松动药物的研发应用以及人工关节材料的优化设计，从而为全关节置换术患者真正带来福音。     

岩藻黄素在振荡剪切应力致EPCs功能改变及衰老中的影响作用

目的 探讨岩藻黄素（Fucoxanthin, FUCO）对振荡剪切应力作用下内皮祖细胞（Endothelial progenitor cells,EPCs）生物学功能及细胞衰老的影响作用。方法 采用Flexcell STR-4000平行板流动系统模拟体内扰动流剪切应力（振荡剪切应力,Oscillatory shear stress,OSS,± 4 dynes/cm2,1 Hz）并加载于EPCs;利用结晶紫染色法观察OSS作用后EPCs的形态学改变;应用Boyden小室、自发性细胞贴壁及Matrigel基质胶分别检测细胞迁移、粘附和体外血管形成能力的变化;采用Western Blot检测促沉默信息调节因子1（Silent mating type information regulation 2 homolog-1,SIRT1）蛋白和β-半乳糖苷酶法检测细胞衰老程度的改变;通过Dihydroethidium（DHE）荧光探针法检测细胞内超氧化物阴离子。结果 与静态培养组相比,OSS导致EPCs形态学发生明显改变,表现为细胞长宽比降低,细胞之间间距增加;而FUCO对OSS导致的EPCs形态学改变无显著影响作用;与OSS处理组相比,FUCO可显著促进EPCs的迁移（10.00±1.73 vs 21.00±2.65个/视野）、粘附（8.00±1.00 vs 20.00±1.73个/视野）及体外血管形成能力（8538.67±1231.47 vs 11009.33±570.08像素/视野）。进一步研究发现,FUCO可降低OSS导致的β-半乳糖苷酶阳性细胞比例（21.18±1.38% vs 12.69±3.94%）以及促进SIRT1蛋白表达上调;同时,FUCO可减弱OSS诱导的EPCs胞内超氧阴离子的产生（P<0.05）。结论 FUCO可缓解OSS环境下引发的EPCs细胞功能降低、细胞衰老的发生,提示其可有效提升内源性EPCs的血管修复能力。     

流体剪切应力对晚期内皮祖细胞生物学功能的影响

目的 研究流体剪切应力处理对晚期内皮祖细胞（endothelial progenitor cells,EPCs）体外及体内生物学功能的影响。 方法 密度梯度离心法分离大鼠骨髓单核细胞,应用EGM-2MV进行体外培养。以3~4代的EPCs,即晚期EPCs为靶细胞,对其施以1.2 Pa剪切应力处理。采用EdU标记技术、黏附能力测定实验、改良的Boyden小室、Annexin V/PI、β 半乳糖苷酶检测法、Matrigel法、荧光定量RT PCR等方法分别检测剪切应力对晚期EPCs增殖、黏附、迁移、凋亡、衰老、体外成血管及VEGF mRNA表达等生物学功能的影响。应用大鼠颈动脉损伤模型及细胞原位移植等实验手段检测剪切应力预处理对晚期EPCs修复受损内皮的影响。结果1.2 Pa剪切应力处理可不同程度提高晚期EPCs的增殖、黏附、迁移及成血管能力（P＜0.01）,上调VEGF的基因表达,抑制晚期EPCs的衰老及凋亡（P＜0.01）;移植经剪切应力预处理的晚期EPCs可加速损伤内皮的修复,减缓内膜的增生。结论 流体剪切应力可改善晚期EPCs的功能活性,提高晚期EPCs修复损伤血管内皮的能力, 这为EPCs的临床应用及剪切应力介导的细胞疗法提供了实验依据。     

椎基底动脉迂曲扩张症的计算流体力学分析

目的 基于磁共振血管造影(MRA)的椎基底动脉迂曲扩张症(VBD)计算机流体力学分析。方法 选取2018年1月至2022年1月牡丹江医学院附属红旗医院诊断为VBD的40例患者,经MRI检查正常的40例患者图像。以椎基底动脉MRA图像构建椎基底动脉三维几何模型,分为VBD组与对照组,分析血流速度(V)、壁面剪切应力(WSS)及震荡剪切系数(OSI)。结果 VBD组V、WSS及OSI均高于对照组,差异有统计学意义(P <0.05)。在血流速度方面,高速血流集中于基底动脉及右侧大脑后动脉处。在WSS方面,VBD组高WSS位于右侧椎动脉、基底动脉、双侧大脑后动脉等大部分血管区域,以血管分叉处显著。在OSI方面,VBD组高OSI值以基底动脉末端至双侧大脑后动脉发出处明显,其余血管区域为波动性高OSI分布。结论 基于真实磁共振患者图像可建立三维个体化血管模型及进行血流动力学分析,获取VBD血流速度图、血管剪切应力云图及震荡剪切系数云图。建立VBD组及对照组模型,分析血流动力学发现,VBD组的基底动脉段具有高速血流、高WSS及高OSI,以末端显著,临床上应着重关注此区域。     

剪切应力诱导成骨细胞钾离子通道开放的研究

目的探索成骨细胞如何应答机械应力刺激,并将刺激信号转导进入细胞内,从而调节骨改建的分子机制。方法利用膜片钳及自行设计的流动小室系统对体外培养的单层Wister大鼠乳鼠成骨细胞在可控流体剪切应力作用下诱导细胞膜K 通道的开放进行了初步研究。结果剪切应力作用后,成骨细胞膜上K 电流明显增大。结论成骨细胞细胞膜上存在剪切应力敏感的K 通道,流动剪切应力可以通过影响成骨细胞膜上的K 通道的开放引起穿细胞的离子通透性的增加,进而引起细胞内Ca2 浓度变化,同时诱导细胞内钙调节机制的激活,这些变化都可以进一步引起细胞信号转导机制的激活。     

血管内支架结构截面形状的生物力学实验

血管内支架置入体内后会影响血流动力学和血管壁剪切应力等生物力学耦合作用。分析支架杆件扩张受力弯曲的梯形截面比例系数,分别对二维支架梯形截面结构进行血管壁接触和血液流场流固耦合数值计算实验。结果显示,支架结构梯形截面比例系数为4时可减小支架对血管壁的接触应力,并改善支架表面的血流动力学状况。这可以避免支架置入后对血管壁形成的应力受损,显著减低支架表面血栓沉积的再狭窄率,对于血管内支架的设计具有重要的指导意义。     

动脉粥样硬化模型中颈动脉分叉流场的数值模拟

目的实现动脉粥样硬化（atherosclerosis，AS）模型中颈动脉分叉流场的模拟。方法本文通过建立的动脉粥样硬化模型，连续切片HE染色后采集图像，以OLYSIA软件测定了颈动脉分叉各处的管径以及斑块的面积、周长和高度，采用Gambit软件建立了兔颈动脉分叉的正常对照和动脉粥样硬化斑块的几何模型。结果1）得到兔颈动脉分叉几何模型；2）以128 S^-1下测定的血液表观粘度作为血液粘度．其对照组和动脉粥样硬化模型组血管壁面最低剪切应力分别为1．140Pa、0．283Pa，对照组的颈动脉分叉处血管壁面最低剪切应力是动脉粥样硬化模型组的4．028倍。结论低血管壁面剪切应力，是动脉粥样硬化的危险性血流动力学因素。     

人颈动脉分叉模型流场分布的数值模拟

目的实现不同流速下人颈动脉分叉模型中流场分布的数值模拟。方法依据实验应用的人颈动脉分叉模型,采用Gambit软件建立了数值模拟应用的颈动脉分叉几何模型。应用FLUENT6．0软件分别计算不同流速下颈动脉分叉模型内血管壁面切应力分布。结果在人颈动脉分叉模型内的颈总动脉区域,无论流速如何改变,其切应力分布大致均匀。颈内动脉窦（internal carotid artery sinus,ICAS）的外侧壁存在明显的低切应力区域,并且随着流速的增加,低切应力区域的范围明显减小。结论低血管壁面剪切应力是动脉粥样硬化发生的危险性血流动力学因素。     

剪切应力作用下血小板活化时钙离子浓度的变化

[目的]探讨剪切应力在血栓性疾病中诱导血小板活化的机制.[方法]采用Fura-2/AM法检测不同剪切应力下的血小板内钙离子浓度,观察其变化.[结果]未受剪切应力作用时血小板内钙离子浓度为(29.88±8.89)nmol/L,在低及高剪切应力作用后钙离子浓度分别上升为(57.32±18.32)nmol/L 及(128.28±56.28)nmol/L,与未受剪切应力作用前相比较均有显著性差异.[结论]剪切应力诱导的血小板聚集与血小板内钙离子浓度的变化有相关性.