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之下,SMS释放的离子浓度适中,对细胞活力无明显影响。rBMSCs在这四种材料陶瓷片表面的粘附和增殖实验结果显示,它们的细胞相容性呈现出SMS>Z2S,SZS>SS的趋势。
(5)SZS和SMS对骨髓干细胞成骨分化的促进作用:在综合比较这四种材料理化性能和细胞相容性的基础上,我们选择SZS和SMS两种典型的材料进行了更深入的生物学性能研究,考察它们对人体骨髓干细胞(hBMSCs)成骨分化的影响。结果显示,相比传统的β-磷酸三钙(β-TCP),二者都表现出更佳的促hBMSCs成骨分化能力,表现为提高了碱性磷酸酶(ALP)活性以及成骨基因包括Ⅰ型胶原蛋白、ALP和骨桥蛋白的表达。此外,从总体看,二者与研究较为成熟的典型硅酸盐生物陶瓷镁黄长石(Ca2MgSi2O7,CMS)具有相当的支持干细胞增殖和促进分化能力。这些结果预示着SZS和SMS具有用于骨修复再生的潜力。实验结果还显示,Si/Sr离子组合(Si离子浓度在4mM以内,Sr在2mM以内)有利于干细胞的成骨分化,在此体系中引入Zn离子(0.1 mM以内)和Mg离子分别对ALP活力和细胞增殖有更好的刺激作用。这表明将生物活性元素合理组合到生物材料中是提高生物学性能的可行途径。
综上,根据先前生物活性元素Sr和Zn的成骨作用研究,我们探索了四种不同组成的含Sr/Zn硅酸盐陶瓷,整体结果显示:Sr元素有利于提高陶瓷的降解性和体外矿化能力,而Zn和Mg元素能显著改善陶瓷的化学稳定性;活性元素组合在合适浓度下对骨髓干细胞的增殖和/或成骨分化具有明显的促进作用。硅酸锶的类骨磷灰石形成能力强,但因降解过快,体外细胞相容性差;硅锌矿降解缓慢,虽然不具备体外矿化能力,但细胞相容性优良;锶,镁黄长石和锶-锌黄长石则降解适中,其释放的离子产物较传统β-磷酸三钙更能促进骨髓干细胞的成骨分化。总言之,硅酸盐生物陶瓷的性能可以通过调节材料的元素组成来实现。具有合适组成的含锶/锌硅酸盐生物陶瓷具有应用于骨修复的前景。