脂质囊泡稳定性及其介导的磷酸钙矿化过程初步研究

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基质囊泡(Matrix Vesicles,MVs)是骨矿物初始形核以及晶体生长的场所,它对矿物的晶型、尺寸、形貌、取向等具有明显的调控作用。但MVs内磷酸钙晶体的生成机理以及不同晶相磷酸钙之间的转化过程等尚不明确。以脂质囊泡为体外矿化模型,替代MVs,研究囊泡内磷酸钙晶体的形成过程,有利于充分认识生物体内骨形成过程。脂质囊泡的大小、形貌和稳定性易受外部环境的影响。脂质囊泡的稳定性是体外模型能否设计成功的先决条件。本文以二棕榈酰磷脂酰胆碱和胆固醇为膜材构建脂质囊泡,研究静态和动态环境中环境因素对脂质囊泡稳定性的影响,并以脂质囊泡为体外矿化模型,初步探索仿生囊泡内磷酸钙的矿化过程。考察了静态环境中温度、酸碱度、盐溶液浓度、阳离子种类等环境因素对脂质囊泡稳定性的影响。实验发现:脂质囊泡是具有双层或多层结构的空心球,环境因素对囊泡体系的形态、粒径和稳定性都具有一定的影响。储存温度低于脂质囊泡的相变温度时,脂质囊泡的粒径和形貌保持较好;在实验pH范围内,微酸条件下脂质囊泡的稳定性最佳;低浓度的盐溶液有利于促进脂质囊泡的生成,当浓度超出一定值时,囊泡结构被破坏;脂质囊泡的起始粒径大小顺序为:三价阳离子>二价阳离子>一价阳离子>超纯水。二价、三价阳离子对脂质囊泡均有一定的破坏作用,其中铜离子和铝离子的破坏作用更强。超纯水中,脂质囊泡的zeta电位为负值。zeta电位的符号和数值取决于颗粒表面上累积的净电荷,受pH值、溶液浓度和离子种类影响;在相同离子浓度下,zeta电位以Al3+>Fe3+>Cu2+>Mg2+>Ca2+>Na+>K+的顺序增加。考察了动态环境中酸碱度和阳离子种类对脂质囊泡稳定性的影响。通过石英晶体微天平技术(QCM-D)监测金表面脂质囊泡吸附层在不同影响因素作用下的吸附行为和变形情况。实验发现:超纯水中脂质囊泡在金表面形成支撑脂质双层。金表面吸附层上的脂质囊泡的形貌和大小受酸碱度影响。强酸和碱性条件不利于脂质囊泡的稳定;微酸和中性条件,囊泡稳定性更佳。脂质囊泡的变形过程与囊泡间、囊泡-表面间的静电相互作用和空间水合力相关。囊泡吸附层上颗粒的大小和均匀性与阳离子种类相关。对于在相同离子强度下的同价阳离子,观察到相同的定性动力学。然而,不同价态的阳离子具有不同的定量效应。破坏囊泡形态的趋势为Al3+>Cu2+>Mg2+>Ca2+>Na+>K+,其中阳离子诱导的囊泡间桥接效应可能在阳离子对囊泡稳定性的影响中起重要作用。以脂质囊泡为体外模型进行矿化实验,初步探索了仿生囊泡内磷酸钙的矿化过程。实验发现:矿化24 h内脂质囊泡的结构稳定,沉淀物仅在囊泡内部生成。脂质囊泡介导的磷酸钙矿化过程是一个异质成核过程,磷酸钙经历了ACP-OCP-HA或ACP-HA的物相转变过程。脂质囊泡构成的受限空间有效抑制了磷酸钙晶体的进一步生长。QCM-D和AFM的结合可以检测到脂质囊泡内磷酸钙的生成过程。
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