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目的: 鉴于稀土镧(La)化合物在生物医学领域具有广泛的应用前景,以及La具有亲骨特性,本课题以小鼠骨髓基质细胞(BMSCs)为模型,通过分析硝酸镧(La(NO3)3)在细胞培养环境中形成的沉淀物种类差异,研究其对BMSCs成骨分化的影响,旨在为高磷血症患者服用碳酸镧对骨代谢的安全性提供依据。 方法: 1. 将不同浓度的La(NO3)3溶液分别加入无血清细胞培养液及含血清的细胞培养液中,离心分离沉淀物和上清,通过DLS、SEM、TEM、EDS、蛋白定量等表征方法,对形成的不同沉淀物进行形态及成分分析,确定其物种。 2. 从小鼠体内分离培养原代BMSCs,首先通过MTT法,研究La(NO3)3溶液在两种培养介质中形成的不同沉淀与上清对细胞活性的影响。其次通过 ALP 活性测定、矿化结节形成等方法研究了不同浓度、不同体系中形成的含La沉淀物对BMSCs增殖、成骨分化及矿化的影响。最后对分子机制做了初步探讨。 结果: 1. La(NO3)3溶液在无血清细胞培养液中,会形成LaPO4沉淀,主要以纳米聚合物的形式存在,而且随着La3+浓度的增大,LaPO4聚合物的粒径逐渐增大;在含血清的细胞培养液中,主要会形成La-PO4-蛋白复合物,同时该复合物的粒径与La3+浓度无关。 2.La(NO3)3溶液在无血清细胞培养液中,与细胞作用1 d、3 d后,1、10和100μmol/LLa(NO3)3对BMSCs活性有抑制作用,0.001、0.01和0.1 μmol/L浓度的La(NO3)3对BMSCs的活性则无明显影响;而过滤沉淀后的上清液,各浓度La(NO3)3对BMSCs的活性均无明显影响。 各浓度La(NO3)3溶液在含有血清的细胞培养液中与细胞共培养,以及过滤沉淀后形成的上清液与细胞共培养,两种培养介质对BMSCs的活性没有显著差异。10 μmol/L及100μmol/L对BMSCs活性有抑制作用,其他浓度对BMSCs均没有显著影响。 3. La(NO3)3溶液在含有血清的细胞培养液中形成的La-PO4-蛋白复合物,在完全培养基中,0.001-0.1 μmol/L时对BMSCs细胞的成骨分化没有明显影响,1μmol/L的La(NO3)3则抑制成骨分化(P<0.05),所有浓度对矿化均无明显影响。 La(NO3)3溶液在无血清细胞培养液中形成的LaPO4沉淀,加回到完全培养基中, 0.001-0.1 μmol/L时对BMSCs细胞的成骨分化及矿化无影响,1 μmol/L时抑制BMSCs细胞的成骨分化(P<0.05),所有浓度对矿化均无明显影响。 4.1 μmol/L的La(NO3)3抑制了成骨基因BMP-2及OCN的表达,抑制了FN蛋白及OCN的蛋白表达,所有浓度的La(NO3)3均促进了OPG基因的表达。 结论: 1. La(NO3)3溶液在不同的细胞培养介质中会形成不同的含La沉淀物:在无血清细胞培养液中,主要会形成LaPO4的纳米聚合体;在含有血清的细胞培养液中,主要会形成La-PO4-蛋白复合物。 2. La(NO3)3对BMSCs细胞的作用是含La沉淀物的作用,而不是La3+的作用。 3. La(NO3)3溶液在不同细胞培养介质中形成的沉淀物对BMSCs的活性、成骨分化和矿化会产生不同的影响:高浓度的La(NO3)3在细胞培养介质中形成的含La沉淀物抑制BMSCs细胞的活性,以La(NO3)3在无血清培养基中形成LaPO4沉淀后再加入完全培养基与细胞共培养的抑制作用更明显;高浓度的La(NO3)3在细胞培养介质中形成的含La沉淀物抑制成骨分化,以La(NO3)3加入含血清培养基形成的La-PO4-蛋白复合物的抑制作用更明显;各浓度La(NO3)3在两种不同细胞培养介质中形成的沉淀物对最终的矿化没有影响。 4. 高浓度La(NO3)3溶液在细胞培养介质中形成的含La沉淀物通过抑制成骨基因BMP-2、OCN以及成骨相关蛋白FN、OCN的表达抑制细胞的成骨分化;各浓度La(NO3)3溶液在细胞培养介质中形成的含La沉淀物均促进OPG的基因表达,可能与最终的矿化成骨有关。