抗骨質(zhì)疏松藥物與微量元素對(duì)羥基磷灰石前驅(qū)體生長與相轉(zhuǎn)變的研究.pdf

1、磷灰石(Apatite)是人體骨骼的無機(jī)礦物質(zhì)。主要成分是鈣磷酸鹽和鈣碳酸鹽，含少量的鈉、鎂、和氟化物，多數(shù)以羥基磷灰石的形式存在。同時(shí)，這種礦物質(zhì)被普遍認(rèn)為是幼骨發(fā)育中由其他磷酸鈣鹽前驅(qū)體轉(zhuǎn)化而來。大量研究表明磷酸八鈣(OCP)存在于動(dòng)物和人體幼骨發(fā)育階段，并且被廣泛視為羥基磷灰石(HA)的重要前驅(qū)體相，在骨的礦化過程中具有重要作用。研究表明，人工合成的OCP比HA具有更為優(yōu)良的生物活性和降解性，并在骨損傷修復(fù)中顯示出優(yōu)良的骨傳導(dǎo)和骨

2、誘導(dǎo)特性。另一方面，中老年人群中的骨質(zhì)疏松癥及骨質(zhì)疏松骨折并發(fā)癥問題日益突出，并已成為全球性的重大公共健康問題。目前臨床治療手段主要是服用二膦酸鹽類藥物和富鈣膳食補(bǔ)充劑。二膦酸鹽類藥物給藥方式局限于口服或靜脈注射，其生物利用率較低，并伴隨有明顯的副作用；此外其作用機(jī)理也尚不明確，目前的研究大多集中于分子生物學(xué)方向，對(duì)磷灰石晶體與二膦酸鹽的相互作用研究相對(duì)不足。而骨代謝過程中必需的一些微量元素對(duì)成骨細(xì)胞的增殖、分化和礦化具有良好的促進(jìn)作用

3、，顯示出優(yōu)良的促進(jìn)骨再生活性，對(duì)開發(fā)新型用于承載治療骨科疾病的藥物體系等方面具有重要意義。如果我們能進(jìn)一步了解二磷酸鹽、微量元素等對(duì)骨礦化初期HA前驅(qū)體的生物學(xué)效應(yīng)機(jī)制，勢必會(huì)對(duì)促進(jìn)骨質(zhì)疏松性骨折愈合人工修復(fù)材料的設(shè)計(jì)和構(gòu)建帶來新的啟示。
　　 本文以二膦酸鹽和微量元素與磷酸八鈣晶體的相互作用為研究對(duì)象，運(yùn)用體外礦化體系，系統(tǒng)研究了抗骨質(zhì)疏松藥物阿侖膦酸鈉(AS)以及微量元素(鋅、鍶、鎂)等對(duì)OCP形核、生長和相轉(zhuǎn)化的基本規(guī)律，

4、試圖揭示藥物小分子或者磷酸鈣異質(zhì)金屬離子對(duì)OCP納米晶生長和相轉(zhuǎn)化的劑量關(guān)系，為骨質(zhì)疏松癥防治臨床用藥和新型顯著促進(jìn)骨質(zhì)疏松性骨損傷再生特定需求修復(fù)用材料的研究開發(fā)建立理論基礎(chǔ)。本文的主要研究結(jié)果如下：
　　 1.考慮到骨礦化過程細(xì)胞與外基質(zhì)相互作用特點(diǎn)，本文首先借鑒了細(xì)胞膜磷脂雙分子層特征，在體外仿生礦化體系建立中，引入臨界膠束濃度水平的雙親小分子物質(zhì)CTAB。初步探索實(shí)驗(yàn)表明，CTAB存在與否并不影響礦物質(zhì)的沉積時(shí)間和相轉(zhuǎn)化

5、效率，但是在CTAB存在條件下磷酸鈣礦物質(zhì)納米晶和其圖簇形態(tài)形貌更為規(guī)整，這極為有利于在顯微條件下考察納米晶形態(tài)演化。因此，后續(xù)研究AS或微量元素介導(dǎo)磷灰石礦物前軀體成核、生長和相轉(zhuǎn)化研究中均存在該臨界膠束濃度水平的雙親小分子物質(zhì)。
　　 2.阿侖膦酸鈉(AS)介導(dǎo)磷灰石礦物質(zhì)前軀體生長的試驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)在較短的陳化時(shí)間內(nèi)(無機(jī)鹽溶液滴加完成1 h后)，在極低濃度的AS條件下(2～8μM)，在OCP成核條件下卻優(yōu)先出現(xiàn)水合磷酸氫

6、鈣(Dicalcium Phosphate Dihydrate，DCPD)帶狀納米晶，AS越低，這一現(xiàn)象更為顯著；當(dāng)AS濃度達(dá)到16μM后，在陳化1 h后礦化沉積產(chǎn)物為羥基磷灰石，并且其納米晶尺度顯著降低，形成高度聚集的納米晶團(tuán)簇。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，AS在極低溶度下就具備顯著調(diào)控磷灰石前軀體相轉(zhuǎn)化的作用。
　　 3.基于上述研究基礎(chǔ)，我們進(jìn)一步探討不同AS濃度水平礦化產(chǎn)物歲陳化時(shí)間變化的相轉(zhuǎn)化和形態(tài)演化規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在極低AS濃

7、度條件下(2～8μM)，DCPD前驅(qū)體穩(wěn)定性逐漸提高，2μM、4μM和8μMAS條件下分別在陳化1、3和8 h候檢測到DCPD的存在；類似地，DCPD在轉(zhuǎn)化為OCP后。在上述AS濃度水平，陳化24、72和168 h候檢測到該相的存在。同時(shí)，盡管DCPD和OCP納米晶在溶液中發(fā)生相轉(zhuǎn)化，但是納米晶形態(tài)卻沒有顯著性變化，表明該過程是原位晶相轉(zhuǎn)化，而不是溶解-再結(jié)晶過程。上述研究結(jié)果表明，AS這種抗骨質(zhì)疏松藥物小分子在對(duì)幼骨礦物熟化和骨代謝中

8、也具有調(diào)控作用。
　　 4.在針對(duì)無機(jī)離子調(diào)控磷酸鈣納米晶的實(shí)驗(yàn)研究中，Zn離子濃度在相對(duì)Ca離子濃度的2～4‰水平時(shí)，則顯示出對(duì)磷酸鈣納米晶的形態(tài)和相轉(zhuǎn)化產(chǎn)生促進(jìn)作用，在較高Sr離子濃度水平(40％)，仍然不可見對(duì)OCP成核條件下礦化產(chǎn)物的影響。Mg離子作為細(xì)胞為基質(zhì)中的宏量元素，我們的研究也顯示該離子在較高水平(10～20％)才會(huì)對(duì)礦化產(chǎn)物納米晶的形貌與物相產(chǎn)生影響。這些研究結(jié)果表明，不同微量元素對(duì)磷灰石前軀體礦化形象存在顯

9、著差異，Zn離子的影響最為突出，Sr離子則難以看到介導(dǎo)磷灰石前軀體相變的影響，說明該無機(jī)離子具有穩(wěn)定磷灰石前軀體物質(zhì)的作用。
　　 綜上所述，本論文的主要研究結(jié)果有助于讓我們對(duì)具有防治骨質(zhì)疏松癥的二膦酸鹽小分子和骨代謝微量元素等物質(zhì)在直接調(diào)控幼骨發(fā)育和骨骼代謝中的作用的新認(rèn)識(shí)，這對(duì)進(jìn)一步理解二膦酸鹽小分子和骨代謝微量元素的生物學(xué)功效以及新型骨質(zhì)疏松性骨損傷材料的設(shè)計(jì)和構(gòu)筑方面具有重要意義，同時(shí)為骨質(zhì)疏松癥防治用藥劑量、給藥方式等