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炎症可导致自然牙及种植体周围骨组织的吸收,抑制牙周膜或骨髓来源的间充质干细胞(Bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)分化成骨,影响骨质的改建,是造成牙齿或种植体松动乃至脱落最主要的原因之一。如何改善炎症影响下的BMSCs生物学性能是备受关注的焦点。 种植体骨结合过程的关键是BMSCs迁移至种植体-骨界面并且分化成骨。目前促进种植体骨结合的方法有化学因素(包括化学因子及药物等)、种植体设计改性、组织工程、物理因素(包括超声、微波、微电场等)。多种形式的外源性电场作为一种安全可靠的物理因素,其对骨形成及骨改建的促进已被部分研究所证实。本课题组先前研究证实,直流微电场(Direct current electric field,DCEF)可促进正常来源BMSCs迁移、增殖。DCEF对于炎症微环境下BMSCs成骨分化能力影响的研究,目前鲜有报道。本研究利用外源性炎症因子诱导大鼠BMSCs产生炎症反应,加载DCEF,探究DCEF对炎症环境下的rBMSCs增殖及分化成骨能力的影响。为牙周炎症及种植体周围炎症的治疗提供新策略新依据。 实验一 rBMSCs的提取、培养及鉴定 目的:分离提取目的细胞rBMSCs,传至第三代,用作后续试验。 方法:全骨髓贴壁培养法、成骨诱导茜素红染色、成脂诱导油红O染色及流式细胞仪鉴定细胞表面标志物。 结果:所获P3代rBMSCs,表现出极强的增殖能力,形态比原代细胞更加均一稳定,形态呈长梭状,成骨、成脂诱导后分别表现成骨及成脂能力;细胞表面标志物CD105及CD90呈阳性,CD45及CD14呈阴性,符合间充质干细胞的表型特征。 结论:所提取的rBMSCs,纯度高,具有成骨及成脂分化潜能,表现出间充质干细胞的生物学特点,可满足后续试验的要求。 实验二 不同浓度TNF-α诱导rBMSCs炎症反应的效果比较 目的:通过比较增殖抑制率及自身炎症因子的表达水平,比较不同浓度的TNF-α诱导rBMSCs炎症反应的效果,筛选出最适诱导炎症反应的浓度,为后续试验提供稳定、可靠的诱导方法。 方法:分别以6、8、10、12ng/mL浓度的TNF-α炎症诱导、MTT法测细胞生长曲线、ELISA试剂盒测细胞TNF-α及IL-1β的分泌量及实时定量PCR测得各组细胞TNF-α及IL-1β基因表达水平。 结果:当TNF-α的浓度达到10ng/mL时,细胞增殖能力降低,大于12ng/mL时细胞生长缓慢,增殖能力明显受到抑制,当TNF-α的浓度为10ng/mL时,细胞自身炎症因子分泌量(TNF-α及IL-1β)及基因表达水平最高,表现出明显的炎症特性。 结论:不同浓度的TNF-α作用于rBMSCs,可使其在增殖能力、细胞自身炎症因子的分泌量和基因的表达状况上产生差异,可利用10ng/mL的TNF-α诱导rBMSCs产生炎症反应获得炎症环境下的rBMSCs。 实验三 炎症微环境对rBMSCs成骨分化能力的影响 目的:比较炎症环境下的rBMSCs成骨分化能力的差异。 方法:炎症诱导、成骨诱导茜素红染色、钙离子沉积量检测、实时定量PCR检测成骨基因BSP、OCN和Runx2表达量;Western blot检测成骨蛋白ALP及Runx2的表达量。 结果:成骨诱导后茜素红染色结果显示:炎症微环境下的rBMSCs矿化结节的数量低于正常rBMSCs;炎症微环境下的rBMSCs成骨相关蛋白ALP及Runx2表达量显著低于正常rBMSCs,成骨基因BSP、OCN和Runx2表达量亦明显降低 结论:体外构建的炎症微环境可抑制rBMSCs的成骨分化能力。 实验四 探究DCEF对炎症微环境下的rBMSCs增殖及成骨分化的影响 目的:探究最适DCEF对炎症微环境下rBMSCs增殖及成骨相关蛋白及成骨相关基因表达水平的影响。 方法:rBMSCs分为四组:H-rBMSCs、H+cytokines、H-rBMSCs+DCEF及H+cytokines+DCEF;MTT法测细胞生长曲线;成骨诱导茜素红染色;钙离子沉积量检测;实时定量PCR测成骨基因BSP、OCN和Runx2表达量;Western blot检测成骨蛋白ALP及Runx2的表达量。 结果:茜素红染色结果显示:H+cytokines+DCEF组颜色深于H+cytokines组,浅于H-rBMSCs+DCEF组;加载电场组矿化结节的数量明显多于未加载电场组细胞(P<0.05); H+cytokines+DCEF组BSP、OCN和Runx2基因表达水平明显高于未加载直流微电场的H+cytokines组(P<0.05)。Western blot结果:H+cytokines+DCEF组ALP及Runx2蛋白表达水平较H+cytokines组明显提高。 结论:DCEF可以提高炎症微环境下的rBMSCs的增殖及成骨分化能力。