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目的:由于创伤、肿瘤、先天性畸形、感染、病理等因素造成的颌骨组织缺损是临床面临的难题之一。目前使用的方法有自体骨移植,生物材料替代等。自体骨移植存在植入骨的异常吸收,供骨区有多种并发症等问题;异体骨移植存在排斥反应等一系列的问题。而组织工程骨为骨缺损修复提供了一个更好的选择,并且其原料较为丰富,一旦达到产品的层次即可实现大批量地生产加工,所以骨组织工程的研究一直是组织工程领域研究的一个热点,已经成为最有希望进入临床应用的几种组织工程化组织之一。骨组织工程的支架材料分为以下三类:(1)无机多孔支架材料。(2)高分子材料。(3)有机/无机复合材料。目前研究的骨组织工程相关生物材料都各有其优缺点,以磷酸三钙陶瓷(β-TCP)为例,虽然它具有优良的生物相容性和骨传导性,已经作为骨填充材料得到临床应用。但是β-TCP仍然存在不足之处,包括不可调节的生物降解性等,阻碍了其在骨组织修复方面的进一步应用。 10年前,Xynos等人报道了硅酸盐(钙-硅-磷-钠)体系生物活性玻璃的溶出物对人成骨细胞1176个基因的影响,发现其中有190个基因的cDNA表达量高于对照,这些基因涵盖了细胞表面受体、信号传导分子、生长因子、调控细胞周期、细胞外基质成分、DNA合成等各种类型的基因,这些基因的共同作用实现了新骨形成和生长。硅酸盐生物活性陶瓷与可降解聚酯复合,其生物活性体现在可以在模拟体液或体内环境中诱导形成类骨磷灰石,这种类骨磷灰石可以与骨组织形成键合。此外,研究显示这类生物玻璃材料具有促进细胞增殖和成骨基因表达的作用。镁黄长石是一种含钙、镁、硅的硅酸盐生物活性陶瓷。相对于目前已应用于临床β-磷酸三钙陶瓷,镁黄长石具有足够的力学强度,良好的生物相容性,合适的降解速度和三维多孔结构,镁黄长石具备的这些优势均符合骨组织工程对支架材料的要求,使它在作为组织工程骨支架材料的临床应用方面有着广阔的前景。 诱导性多潜能干细胞(IPS细胞)是一种将终末分化的细胞经基因修饰的方法得到的一种干细胞,这种干细胞和胚胎干细胞的功能相差无几。目前,为患者制作具有患者特异性的IPS细胞已成为可能,如将其用于临床,就克服了免疫排斥和医学伦理这两大难题。这不仅仅增加了骨组织工程种子细胞的来源,也将组织缺损的修复和再生医学提高到一个新的水平。 对于IPS细胞,镁黄长石是否具有促进其成骨分化的作用则未见报道。 方法:在本实验研究中,我们利用稀释为不同浓度的镁黄长石浸提液对IPS细胞进行培养,用MTT法检测细胞的增殖情况;用电化学发光法检测其中碱性磷酸酶、骨钙素、Ⅰ型胶原蛋白、钙、磷的含量。探讨其对IPS细胞的增殖和成骨分化的影响,为下一步动物体内实验打下基础。 结果:1.浸提液对IPS细胞的增殖具有时间依赖性。MTT结果显示,第1天,1/2和1/4浓度浸提液之间无明显差异,二者促进细胞增殖的作用明显强于其他各组。第3天时,各组的细胞均明显增殖,与第1天相比有显著性差异(P<0.05),其中1/4浓度对细胞增殖作用最强。第5天时,各组与第3天相比无显著差异。第7天时,各组细胞增殖明显减弱,各组中,1/4浓度组对细胞增殖作用仍然最强。 2.第14天和第21天时,除阴性对照组外,其他培养液中检测出Ⅰ型胶原蛋白,第21天的数值高于第14天。矿化液组(阳性对照组)明显高于各浸提液组(P<0.01);在各浓度浸提液组中,1/4浓度组高于其他浓度组(P<0.05)。 3.随作用时间的增加,各实验组骨钙素的含量也逐渐增加,第21天时各组均达到最大值。在浸提液组中,1/4浓度组作用最强(第7天和14天时,1/4浓度组与其他各组有显著差异(P<0.01);第21天时,1/4浓度组虽然高于1/2浓度组,但二者间无统计学差异)。 4.各浓度浸提液在诱导IPS细胞成骨过程中,ALP的活性随作用时间逐渐增强,第21天时最强。其中1/4浓度时促进IPS细胞成骨的作用最强(与阴性对照组和矿化液组比较,三个时间段均P<0.01)。 5.各浓度浸提液在诱导IPS细胞威骨分化过程中,三个时间段的矿化液组和各浓度浸提液组的钙离子浓度均高于阴性对照组(P<0.01)。第7天时,1/2浓度组最高;第14天时,1/4浓度组的钙离子含量开始升高,第21天时,1/4浓度组的钙离子含量明显增加,高于其他浓度浸提液组。 6.在诱导IPS细胞成骨分化过程中,实验组和对照组的无机磷含量呈时间依赖性,第21天时达到最高,其中矿化液组明显高于其他组(P<0.01),在实验组中,以1/4浓度组最高。 结论:镁黄长石浸提液中的离子产物可以诱导诱导性多潜能干细胞成骨分化,以1/4原始浓度时(Ca:2.37mmol、Mg:1.12mmol、Si:1.05mmol)作用最佳。