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目的:
前期的体外细胞实验以及体内动物植入实验表明:中科院金属研究所利用“高分子热解结合可控熔渗反应烧结技术”制备的泡沫碳化硅具备成为骨缺损修复材料的基本条件。本实验通过观察研究泡沫碳化硅对取自大鼠胎鼠颅骨的原代成骨细胞的增殖和分化的影响,进一步探讨泡沫碳化硅作为骨缺损修复材料的可行性。
方法:
1、实验组为泡沫碳化硅(Silicon carbide,SiC),对照组为多孔羟基磷灰石(Hydroxyapatite,HA)。
2、大鼠胎鼠颅骨成骨细胞的原代培养与鉴定。
3、扫描电镜观察两种材料表面原代成骨细胞的贴壁生长状况。
4、 MTT比色法检测两种材料上活细胞的数量和功能状态,分析两种材料对原代成骨细胞的毒性。
5、流式细胞仪检测两种材料上原代成骨细胞的细胞周期各阶段的状况,计算细胞增殖指数,分析两种材料对细胞增殖的影响。
6、检测两种材料上原代成骨细胞的碱性磷酸酶含量,分析两种材料对细胞分化的影响。
7、实时荧光定量PCR技术检测两种材料上原代成骨细胞的骨钙素和核心结合因子a1的mRNA,分析两种材料对细胞分化的影响。
结果:
1、原代成骨细胞培养:相差显微镜下可见,培养5d的原代成骨细胞以不规则形、长梭形、三角形为主,相邻细胞彼此贴靠,细胞内及表面开始出现黑色点状分泌物,部分区域出现重叠生长以及辐射生长的现象。经碱性磷酸酶染色,成骨细胞的细胞质呈深蓝色;茜素红将细胞间分泌的钙结节染成红色;Ⅰ型胶原免疫荧光染色,细胞质染色发出红光,细胞核用DAPI染色后发出蓝光。
2、扫描电镜结果:原代成骨细胞在两种材料表面伸展良好,细胞在材料表面伸出很多伪足,表明细胞易于粘附材料表面,并且在材料表面可见明显的细胞外基质沉积,说明材料有良好的生物相容性。
3、 MTT结果:两组材料上细胞的MTT值从1、3、5、7d随观察时间逐渐升高。在1、3、5d,HA高于SiC,差异没有统计学意义。在7d,SiC快速上升,高于HA,两者之间的差异有统计学意义。这说明泡沫碳化硅很稳定,并且没有随时间延长而出现细胞毒性。
4、流式细胞仪检测细胞周期:在1、3、5、7d检测PI值,1、3、5d两组材料的PI值逐渐升高,高峰出现在第5d;7d时下降,两组材料在各个时间点的PI值均接近,差异无统计学意义。这表明成骨细胞在SiC上的增殖情况与HA相似。
5、ALP结果:两组材料上细胞的ALP含量从1、3、5、7d随观察时间逐渐升高。在1d时,HA高于SiC,在3、5、7d,HA低于SiC,但是两组之间的差异均无统计学意义。这表明SiC对成骨细胞的分化有促进作用。
6、实时定量PCR结果:OCN的mRNA结果:1、5、10d SiC组随时间延长逐渐增高;HA组最高峰在5d,10d下降但高于1d;1d和5d HA组显著高于SiC组,10d二者无统计学差别。Cbfa1的mRNA结果:1、5、10d SiC组和HA组的最高峰都在5d,10d下降且均低于1d;1d和5d HA组显著高于SiC组,10d二者没有统计学差异。这表明SiC对细胞的矿化作用逐渐趋近于HA。
结论:
泡沫碳化硅对大鼠胎鼠颅骨的原代成骨细胞的增殖和分化的影响与多孔羟基磷灰石相似或远期效果相似,即泡沫碳化硅具有与多孔羟基磷灰石相似的良好的细胞相容性,有望成为一种骨缺损修复材料。