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在骨再生过程中,支架材料必须能够满足为成骨相关的细胞提供促进增殖和成骨分化的要求。基于生物活性玻璃(BG)和碳纳米纤维(CNF)在促进成骨方面的优良特性,本论文研究将溶胶-凝胶法制备BG,与聚丙烯腈(PAN)静电纺丝相结合,再经过碳化制备得到负载BG纳米粒子的CNF。通过控制溶胶-凝胶前驱体的投料比,在CNF中成功负载了三种不同化学组成(49s、68s和86s)的BG,即CNF/BG(49s)、CNF/BG(68s)和CNF/BG(86s),用于研究促进骨髓间充质干细胞(BMSCs)成骨分化的分子机制研究。首先,本论文考察了硅、钙、磷等离子从上述材料中的释放行为,并采用Transwell培养小室,使BMSCs不直接与材料相接触,研究了CNF/BG复合材料中溶出的离子水平差异,对BMSCs增殖、成骨分化的影响。通过实时定量PCR (RT-PCR)法和酶联免疫法(ELISA),检测不同培养时间点的成骨分化相关的基因指标(Runx2、BMP、OPN、OCN、ALP、Col-I)和蛋白指标(ALP、Col-I和钙沉积)的表达水平。研究表明,不同材料的离子溶出水平虽然不一致,但它们对BMSCs增殖的影响并不明显；而对于成骨分化来说,硅离子溶出水平最高的CNF/BG(68s),表现出最强的促进成骨分化的能力。其次,本论文研究将BMSCs直接接种到三种CNF/BG上,通过实时定量PCR法和酶联免疫法(ELISA),检测不同培养时间点的成骨分化相关的基因指标(Runx2、BMP、OPN、OCN、ALP、Col-I)和蛋白指标(ALP、Col-I和钙沉积)的表达水平。研究表明,材料组分的差异,可同时明显地影响BMSCs的增殖和成骨分化,其中,在CNF/BG(68s)上,这种促进作用表现得最为明显。比较BMSCs在相同材料上、两种培养方式下的增殖和分化结果,发现接触培养可以大幅度促进细胞的增殖和分化,这显然得益于材料的纤维形貌和细胞的接触效应。第三,通过添加BMP抑制分子Noggin的细胞培养,探讨了CNF/BG促进成骨分化时可能的信号通路。研究表明,BMP的表达受到抑制后,相关的成骨分化基因表达水平都显著下降,说明在CNF/BG促进BMSCs成骨分化的过程中,BMP信号通路被激活,是其中一条可能的作用途径。本论文研究结果证实,CNF/BG复合材料有望作为复合纳米纤维支架材料,用于骨修复和骨再生。