论著
聚二甲基硅氧烷基底弹性对大鼠骨髓间充质干细胞骨向诱导分化的影响
中华口腔医学杂志, 2017,52(08) : 492-498. DOI: 10.3760/cma.j.issn.1002-0098.2017.08.009
摘要
目的

模拟体内组织弹性微环境,构建聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)基底,探究该基底的弹性模量对大鼠骨髓间充质干细胞(rat bone marrow stromal cells,rBMSC)成骨分化的影响。

方法

通过调节PDMS基底固化剂及预聚物的比例(质量比1∶10、1∶20、1∶35、1∶60、1∶80)制备5组弹性基底(分别为1∶10、1∶20、1∶35、1∶60及1∶80组);采用原子力显微镜观察并测量基底表面的弹性模量;rBMSC在不同弹性模量基底上诱导培养7 d后,采用实时荧光定量PCR、蛋白质免疫印迹法、免疫荧光染色检测及碱性磷酸酶(alkaline phosphatase assay,ALP)活性测定等方法检测成骨标志物骨桥蛋白、骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein 2,BMP2)、Ⅰ型胶原、骨钙蛋白的蛋白及mRNA表达。

结果

PDMS能模拟生物体内不同组织的弹性,经过表面修饰后,rBMSC在其上贴壁良好,形态规则。培养7 d后,不同弹性基底上rBMSC的4种成骨标志物的表达不同,差异有统计学意义(P<0.05)。1∶20组[弹性模量为(354.1±40.9)kPa],其rBMSC表达的ALP活性显著高于其他4组(P<0.05),其骨桥蛋白、BMP2、Ⅰ型胶原的蛋白表达量(分别为1.80±0.37、1.79±0.28及4.12±0.94),BMP2、骨桥蛋白、Ⅰ型胶原及骨钙蛋白的mRNA表达量(分别为1.30±0.11、1.93±0.29、1.55±0.13及2.56±0.37)均有显著增高的趋势(P<0.05)。免疫荧光染色结果显示,Ⅰ型胶原、骨桥蛋白及骨钙蛋白3种成骨标志物在细胞内部呈阳性表达。

结论

PDMS可满足弹性基底诱导rBMSC骨向分化实验的要求,可作为良好的可观察的实验基底材料,其基底的弹性模量对rBMSC的骨向分化有明显影响。当PDMS弹性模量在特定范围内时,rBMSC向成骨系方向分化最理想。

引用本文: 穆月, 赵继志, 杨春, 等.  聚二甲基硅氧烷基底弹性对大鼠骨髓间充质干细胞骨向诱导分化的影响 [J]. 中华口腔医学杂志,2017,52( 08 ): 492-498. DOI: 10.3760/cma.j.issn.1002-0098.2017.08.009
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种植部位骨量不足、牙周病导致的骨吸收、先天性腭裂等疾患导致的骨缺损常常需要植骨。骨替代材料的使用成为该类疾病的常见治疗手段,但成骨活性仍有待提高。植骨材料在体内引导成骨时,骨髓间充质干细胞(bone mesenchymal stem cells,BMSC)的分化及功能活动是这一过程的核心,因此间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSC)来源的成骨细胞数量和功能对促进新骨形成至关重要[1]。在诱导BMSC成骨向分化的方法中,力学刺激等物理环境的改变对干细胞分化的影响逐渐受到学者的关注[2]。Engler等提出细胞外基质(extracellular matrix,ECM)弹性除了可以诱导细胞迁移、增殖、凋亡等,还能诱导干细胞的世系分化[3,4,5],这提示优化选择基底弹性硬度,能在体外环境下促使干细胞定向分化,甚至有望通过改变植骨材料的弹性模量,提高干细胞在体内的成骨分化能力和成骨细胞的功能。

 
 
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基底弹性诱导
骨髓间充质干细胞
聚二甲基硅氧烷
骨向分化