检索历史 清除

摘要磷酸镁基骨水泥（Magnesiumphosphate-based cement,MPBC）因具有比磷酸钙水泥更优异的早期强度、固化性能、降解性能及生物活性等，已广泛用于骨科植入物的研究。MPBC的降解产物中的钙、镁及磷酸根离子是其发挥生物学效应的主要原因。柠檬酸或柠檬酸盐通常作为缓凝剂加入到骨水泥中以调控水化反应，因此缓凝剂柠檬酸根对骨水泥的生物学效应可能存在影响。对MPBC的降解产物，如钙、镁及磷酸根，在体内外的代谢途径及生物学效应方面取得了一些研究进展，但是关于骨水泥中柠檬酸根对骨再生和代谢过程的影响缺乏深刻的认识。本文首先研究了MPBC中柠檬酸根在骨组织再生方面的生物学效应，重点探讨了骨水泥中柠檬酸根在骨组织再生过程中的作用，包括成骨分化、成骨矿化及成血管化等；其次研究柠檬酸根对钙、磷酸根生物效应的调控；最后探讨了柠檬酸根及其改性聚合物对氧化应激和炎症反应的抑制作用及其机制。具体研究内容如下：<br>　　首先，将柠檬酸溶液与水泥固相粉末混匀制备出含柠檬酸根的MPBC。通过FT-IR、XRD及XPS分析，研究了柠檬酸根对MPBC物相结构的影响。采用小鼠前成骨细胞系（MC3T3-E1）和人脐静脉内皮细胞（HUVECs）模型，研究了柠檬酸根对成骨分化、血管生成的作用，且在成骨细胞成骨矿化模型中探索了柠檬酸根对骨磷灰石晶体结构的调节。最后，在大鼠颅骨缺损模型中评估了柠檬酸根对MPBC的体内促成血管和成骨效应的影响。研究表明，柠檬酸根在骨水泥与骨组织界面不同区域具有不同的调控效果，在靠近材料附近的高浓度离子区域抑制钙、磷酸根介导的矿物沉积，促进血管生成，在远离材料的低浓度离子区域促进成骨分化和成骨矿化。<br>　　采用合成的β-磷酸三钙（β-TCP）纳米粒子模拟钙、磷酸根的释放微环境，研究了钙、磷酸根介导的ATP合成与ERK1/2通路及BMP-2表达之间的关系。在此基础上，进一步探讨了柠檬酸根对高钙和高磷酸根环境下骨髓间充质干细胞（BMSCs）活性的影响。同时也研究了柠檬酸根在BMSCs培养过程中对钙、磷酸根生物效应的调控作用。结果表明，磷酸根通过转运到细胞内环境，影响ATP的合成和分泌，该生物过程对BMP-2的表达和ERK1/2的磷酸化异常重要，而钙直接上调BMP-2的表达和ERK1/2的磷酸化，该生物过程不依赖于ATP的合成和分泌。此外，维持恰当的柠檬酸根浓度可抑制过早矿物沉积，避免细胞死亡和凋亡，有利于细胞的成骨分化和矿化。<br>　　采用DPPH、ABTS、脂质过氧化及铁离子螯合等化学试验，评估了柠檬酸根对自由基的清除能力。采用双氧水诱导的细胞氧化应激模型，评估了柠檬酸根对BMSCs活性和凋亡的影响。采用脂多糖诱导的炎症反应和氧化应激大鼠气囊模型，评估了柠檬酸根的体内抗炎症和抗氧化能力。以上研究表明，柠檬酸根具有稳定的分子结构，与氧化物无直接化学反应，对BMSCs具有保护和抗凋亡作用，能够抑制大鼠气囊模型中的氧化应激和炎症反应。采用蛋白质组学鉴定和分析柠檬酸根在BMSCs中调控的蛋白质，鉴定了大量的差异表达的蛋白质，发现柠檬酸根上调了171个蛋白。进一步的功能研究，发现柠檬酸根通过过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ)上调多种自由基清除蛋白的表达，同时下调各种促炎症反应的因子，揭示了柠檬酸根在调控细胞氧化还原信号中的作用以及PPARγ信号在这一过程中的作用。<br>　　最后，合成柠檬酸根改性聚乙烯醇（PVA-C），旨在研究柠檬酸根对材料抗氧化和抗炎症的影响。采用细胞氧化应激模型评价结果显示，PVA-C浸提液在氧化应激下对BMSCs具有保护作用。它可以通过抑制活性氧（ROS）来增强干细胞的抗凋亡能力。免疫印迹结果表明，PVA-C浸提液可上调核受体过氧化物酶体增殖物激活的受体γ（PPARγ）和超氧化物歧化酶[Mn]（SOD2）。体内动物实验显示，PVA-C浸提液对脂多糖（LPS）诱导的氧化应激和炎症反应具有显著的抑制作用。因此，柠檬酸根改性聚合物可以通过从材料中释放柠檬酸根来调节干细胞和组织氧化还原信号。<br>