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羟基磷灰石(HAP)是脊椎动物骨骼和牙齿的主要成分。文献报道HAP的生物相容性与其形貌尺寸有关,适宜的HAP能够促进成骨细胞(OBs)的增殖及分化,HAP可广泛应用在骨组织材料领域。纳米尺寸的HAP能够跨膜进入细胞,但是HAP如何进入细胞以及在细胞内的亚细胞分布尚不明确,HAP促进OBs成骨分化的作用机制也有待进一步探讨。本课题合成了缺陷发光的纳米/微米级HAP,并对其进行了理化性质表征,生物相容性评价,摄取和亚细胞定位,以及对OBs成骨分化的影响四个方面做了研究,主要内容如下:1、缺陷发光纳米/微米HAP的合成及表征。本论文通过水热法合成了三种不同形貌和尺寸的缺陷发光HAP纳米/微米粒子:短棒(S1)和长棒(S2)两种纳米材料,以及由棒状HAP自组装成的微米级刺球(S3)。通过XRD和FTIR证实三种材料均为HAP,荧光光谱表明它们的激发波长在紫外区,发射波长在蓝紫光短波区。DLS和Zeta电位结果表明棒状纳米颗粒HAP(S1,S2)均在杜氏改良培养基(DMEM)中产生团聚,粒子团聚后体系的稳定性良好。缺陷发光HAP的合成过程中没有掺杂其他发光基团,与天然的HAP具有相同的化学成分。因此,研究该缺陷发光HAP的生物学效应,更接近于天然HAP在骨组织中的生物学效应。2、缺陷发光HAP的生物相容性评价。分别从材料的耐蚀性、细胞毒性、致炎性、基因毒性和血液相容性五个方面考察了三种缺陷发光HAP的生物安全性。三种形貌的HAP无致炎性、具有较好的耐蚀性和血液相容性。细胞毒性实验结果显示短棒S1和刺球S3抑制了OBs的活性,引起了OBs皱缩和细胞内ROS升高;彗星实验证实短棒S1和刺球S3具有一定的基因毒性。长棒S2在五个方面的测试中均没有表现出毒性,具有优良的生物相容性。3、OBs摄取缺陷发光HAP的内吞作用机制及亚细胞定位。已有文献报道纳米尺寸的HAP能进入细胞,但是内吞作用机制及亚细胞定位一直没有明确的阐述。本论文通过使用不同的细胞内吞抑制剂,发现HAP主要通过大胞饮和穴样内陷途径进入OBs。通过激光共聚焦显微镜(CLSM)观察发现,棒状S1和S2纳米粒子进入OBs后,定位于溶酶体,并没有进入细胞核;刺球S3微米粒子没能进入OBs。4、缺陷发光HAP对OBs成骨分化的影响。缺陷发光的HAP粒子抑制了成骨分化的早期指标碱性磷酸酶(ALP)的活性,但是却促进了OBs胶原的分泌和矿化结节的生成量。通过实时荧光定量PCR分析,HAP作用于细胞14天后,S2促进细胞成骨分化相关基因骨钙素(OCN)的表达,S1和S3对OCN的表达表现出抑制作用。通过荧光显微镜观察发现,矿化结节的中心部位有蓝色荧光,该荧光为缺陷发光HAP的光信号,表明HAP对矿化结节的形成具有一定的成核作用。综上,S1和S2通过大胞饮和穴样内陷途径进入OBs,S1引起细胞内活性氧水平升高,进而引起的DNA损伤(基因毒性)。S1和S2进入细胞后定位于溶酶体,在溶酶体的酸性环境下溶解释放出Ca2+,为细胞矿化提供了Ca2+源。细胞外的S1、S2、S3作为矿化核,同样促进OB细胞的矿化。纳米HAP通过胞内和胞外两条途径共同作用促进OB细胞矿化。