氨基酸酯取代聚膦腈促進成骨分化的分子機制研究.pdf

1、在骨組織工程的研究中，細胞支架的設計和制備是整個研究工作中的重中之重。高分子材料因其生物相容性、力學性能、微孔結(jié)構(gòu)以及降解速率，并且這些性能都能夠通過組成以及加工手段來精確調(diào)節(jié)等優(yōu)勢，在組織工程支架材料領(lǐng)域的應用遠優(yōu)于其他材料。而聚膦腈材料側(cè)基結(jié)構(gòu)可控，在適當?shù)膫?cè)基組成下，對細胞具有良好的相容性和親和性，在生物醫(yī)用材料領(lǐng)域有著廣泛的應用前景。一系列研究顯示，氨基酸酯取代聚膦腈能誘導羥基磷灰石的形成，且能促進干細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源和成骨機制，只是猜想其促成骨能力來源于其結(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機制。本研究通過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，設計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，通過對比研究不同濃度無機磷酸鹽(Pi)和不同濃度氨基酸酯取代聚膦腈全降解稀釋液對骨髓間充質(zhì)干細胞(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）情況下進行培養(yǎng)，檢測rBMSCs的增殖和成骨分化指標的表達情況，結(jié)合第一步的研究結(jié)果，深入討論了隨細胞培養(yǎng)時間推移，不同氨基酸酯取

4、代聚膦腈實時降解產(chǎn)物對rBMSCs生物學行為的影響，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其接觸效應對rBMSCs生物學行為的影響。
　　研究結(jié)果顯示:(1)改變培養(yǎng)基中無機Pi的濃度，對rBMSCs的成骨分化速率有明顯影響，在無機Pi濃度為10mM時，其促進作用達到最強;(2)將氨基酸酯取代聚膦腈全降解液中的磷酸根濃度，稀釋至與無機Pi相同的濃度時，與后者相比，降解液中的氨基酸酯降解產(chǎn)物（即相應的氨基酸）能更進一步加

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

6、生影響，其中，rBMSCs在G7BB3上表現(xiàn)出最強的成骨分化趨勢;(5)此外，對比接觸培養(yǎng)和非接觸培養(yǎng)的結(jié)果，接觸效應對rBMSCs生物學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為實時降解產(chǎn)生的降解產(chǎn)物濃度不高，隨著細胞培養(yǎng)過程中的換液，會被進一步稀釋，因此在材料與細胞共培養(yǎng)中，降解產(chǎn)物的影響作用較弱;二是rBMSCs是一類貼壁生長型的細胞，它們受基底材料表面特性（包括化學特性）影響明顯，而氨基酸酯取代聚膦腈膜表面具