骨组织工程化培养中成骨细胞力学响应的初步研究

由于骨具有支撑、保护、运动的功能,是承力器官,力学环境对骨组织的发生、发展有着十分重要的影响。活体研究表明:载荷可促进成骨细胞的增殖、分化和细胞外基质的分泌,及骨衬细胞的生物学活动;力学因素显著影响骨细胞生物学活动,包括骨细胞的凋亡;力学环境引起骨内细胞的协同反应,对骨组织变化起整合作用。由于骨组织力学环境如此重要,力学环境就有可能是工程化骨培养中的必要因素。由此,笔者尝试建立三维立体条件下成骨细胞力学响应的模型,研究骨内细胞的力学反应。模型包括支架材料、种子细胞和有力学作用的培养环境。支架材料除具有一般生物支架材料的要求外,还应与天然松质骨有相似的结构和力学性能,这里包括生物衍生松质骨、珊瑚支架等。种子细胞可采用乳鼠分离出的成骨细胞或成骨细胞系,接种在支架上进行培养。载荷直接施加在复合体上,复合体的表观应变被精确控制,可形成与骨活体内相似的力学环境,其中载荷可采用不同形状的波形,如正弦波、方波等。加载应变可达到0～10 000,频率0～100 Hz,大大包括了活体骨组织所受的力学环境。载荷形成细胞的力学环境是以支架材料的表观应变衡量,这正对应活体骨研究的力学指标。