氨基酸酯取代聚膦腈促進(jìn)成骨分化的分子機(jī)制研究.pdf

1、在骨組織工程的研究中，細(xì)胞支架的設(shè)計(jì)和制備是整個(gè)研究工作中的重中之重。高分子材料因其生物相容性、力學(xué)性能、微孔結(jié)構(gòu)以及降解速率，并且這些性能都能夠通過(guò)組成以及加工手段來(lái)精確調(diào)節(jié)等優(yōu)勢(shì)，在組織工程支架材料領(lǐng)域的應(yīng)用遠(yuǎn)優(yōu)于其他材料。而聚膦腈材料側(cè)基結(jié)構(gòu)可控，在適當(dāng)?shù)膫?cè)基組成下，對(duì)細(xì)胞具有良好的相容性和親和性，在生物醫(yī)用材料領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。一系列研究顯示，氨基酸酯取代聚膦腈能誘導(dǎo)羥基磷灰石的形成，且能促進(jìn)干細(xì)胞的成骨分化以及鈣離子的沉

2、積。然而，目前尚未有研究深入探索其成骨活性來(lái)源和成骨機(jī)制，只是猜想其促成骨能力來(lái)源于其結(jié)構(gòu)單位中大量磷元素的存在。
　　為了探明氨基酸酯取代聚膦腈促成骨能力的分子生物學(xué)機(jī)制。本研究通過(guò)在聚膦腈主鏈上接枝甘氨酸乙酯、丙氨酸乙酯、苯丙氨酸乙酯三種不同的取代基，設(shè)計(jì)合成了三種具有不同降解速率的甘氨酸乙酯/丙氨酸乙酯(7∶3，G7B3)、甘氨酸乙酯/丙氨酸乙酯(3∶7，G3B7)及甘氨酸乙酯/苯丙氨酸乙酯(7∶3，G7BB3)共取代聚膦腈

3、。首先，通過(guò)對(duì)比研究不同濃度無(wú)機(jī)磷酸鹽(Pi)和不同濃度氨基酸酯取代聚膦腈全降解稀釋液對(duì)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(rBMSCs)增殖和成骨分化的影響，以期探明氨基酸酯取代聚膦腈的促成骨能力與其降解產(chǎn)物的關(guān)系。其次，將rBMSCs直接接種在氨基酸酯取代聚膦腈膜表面，或者在材料存在下的非直接接觸（Transwell小室）情況下進(jìn)行培養(yǎng)，檢測(cè)rBMSCs的增殖和成骨分化指標(biāo)的表達(dá)情況，結(jié)合第一步的研究結(jié)果，深入討論了隨細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)間推移，不同氨基酸酯取

4、代聚膦腈實(shí)時(shí)降解產(chǎn)物對(duì)rBMSCs生物學(xué)行為的影響，以及不同氨基酸酯取代聚膦腈所具有的不同表面特性通過(guò)其接觸效應(yīng)對(duì)rBMSCs生物學(xué)行為的影響。
　　研究結(jié)果顯示:(1)改變培養(yǎng)基中無(wú)機(jī)Pi的濃度，對(duì)rBMSCs的成骨分化速率有明顯影響，在無(wú)機(jī)Pi濃度為10mM時(shí)，其促進(jìn)作用達(dá)到最強(qiáng);(2)將氨基酸酯取代聚膦腈全降解液中的磷酸根濃度，稀釋至與無(wú)機(jī)Pi相同的濃度時(shí)，與后者相比，降解液中的氨基酸酯降解產(chǎn)物（即相應(yīng)的氨基酸）能更進(jìn)一步加

5、速rBMSCs的成骨分化，其中，以丙氨酸乙酯側(cè)基的降解產(chǎn)物的促進(jìn)作用最強(qiáng);(3)將rBMSCs與氨基酸酯取代聚膦腈采用Transwell培養(yǎng)小室進(jìn)行非直接接觸培養(yǎng)時(shí)，隨著材料的水解降解，降解產(chǎn)物磷酸根和氨基酸逐漸進(jìn)入培養(yǎng)基，由于幾種材料的降解速度為G7B3＞G3B7＞G7BB3，相應(yīng)地，G7B3表現(xiàn)出最強(qiáng)的促進(jìn)成骨分化的能力;(4)但當(dāng)rBMSCs直接在上述氨基酸酯取代聚膦腈上進(jìn)行培養(yǎng)時(shí)，除了材料的降解產(chǎn)物，材料表面特性也會(huì)對(duì)細(xì)胞行為產(chǎn)

6、生影響，其中，rBMSCs在G7BB3上表現(xiàn)出最強(qiáng)的成骨分化趨勢(shì);(5)此外，對(duì)比接觸培養(yǎng)和非接觸培養(yǎng)的結(jié)果，接觸效應(yīng)對(duì)rBMSCs生物學(xué)行為的影響程度顯著大于單純的降解溶出成分。分析原因可能一是因?yàn)閷?shí)時(shí)降解產(chǎn)生的降解產(chǎn)物濃度不高，隨著細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中的換液，會(huì)被進(jìn)一步稀釋?zhuān)虼嗽诓牧吓c細(xì)胞共培養(yǎng)中，降解產(chǎn)物的影響作用較弱;二是rBMSCs是一類(lèi)貼壁生長(zhǎng)型的細(xì)胞，它們受基底材料表面特性（包括化學(xué)特性）影響明顯，而氨基酸酯取代聚膦腈膜表面具