生理水平流体剪应力对三维多孔支架中成骨细胞力学敏感性及黏附、分化的影响
本文关键词: 生理水平 三维支架 流体剪应力 成骨细胞 细胞分化 力学敏感性 出处:《医用生物力学》2014年02期 论文类型:期刊论文
【摘要】:目的构建可以达到生理剪应力水平的三维流动模型,研究流体剪应力对成骨细胞黏附、分化及力学敏感性的影响。方法利用灌注式流动腔对生长在β-磷酸三钙(β-TCP)多孔支架内的MC3T3-E1成骨样细胞施加不同强度的流体剪应力6 h,比较加载组和静态组的细胞活性表征细胞黏附;一氧化氮(NO)和碱性磷酸酶(ALP)表征力学敏感性和细胞分化。采用流固非线性耦合的数值计算,获得支架内各流量下的剪应力分布。结果平均剪应力小于0.4 Pa,细胞的黏附率为74%~81%;0.41 Pa时,黏附率为60.22%。NO的产生率在加载后5 min达到最大,15 min显著降低,30 min后产生率趋近于0。在0.232~0.304 Pa平均剪应力强度范围,ALP水平随着剪应力的升高显著增强(P0.01);而在0.304~0.412 Pa范围,剪应力增加对ALP水平的改变无显著影响(P0.05)。结论生理水平剪应力条件下,支架内大部分细胞可以维持正常黏附。三维条件下细胞力学敏感性与剪应力变化率成正比,与二维条件的规律相同。支架内平均剪应力小于0.304 Pa,剪应力显著促进细胞分化;大于这一剪应力,细胞分化水平不再明显变化。该研究有望加快骨组织工程的实现。
[Abstract]:Objective to establish a three dimensional flow model which can reach the level of physiological shear stress and to study the adhesion of fluid shear stress to osteoblasts. Methods Perfusion flow chamber was used to apply fluid shear stress of different strength to MC3T3-E1 osteoblasts grown in 尾 -TCP-based porous scaffolds for 6 h. The cells of loading group and static group were compared. Activity characterization of cell adhesion; Nitric oxide (no) and alkaline phosphatase (ALP) were used to characterize mechanical sensitivity and cell differentiation. Results the mean shear stress was less than 0.4 Pa. the cell adhesion rate was 74 ~ 81Pa and 0.41 Pa, respectively. The adhesion rate was 60.22.NO production rate reached the maximum at 5 min after loading and decreased significantly at 30 min after loading. In the range of 0.232 ~ 0.304 Pa mean shear stress intensity, the ALP level increased significantly with the increase of shear stress, while in the range of 0.304 ~ 0.412 Pa, it increased significantly. The increase of shear stress has no significant effect on the change of ALP level. Conclusion under physiological level shear stress condition, most of the cells in scaffold can maintain normal adhesion. The mechanical sensitivity of cells is proportional to the rate of shear stress change under three dimensional conditions. The average shear stress in the scaffold is less than 0.304 Pa. the shear stress significantly promotes cell differentiation, but the level of cell differentiation does not change significantly when the shear stress is greater than this stress. This study is expected to accelerate the realization of bone tissue engineering.
【作者单位】: 重庆大学生物工程学院 生物流变科学与技术教育部重点实验室;天津大学力学系;
【基金】:重庆大学生物流变科学与技术教育部重点实验室访问学者基金(CQKLBST-2012-002) 国家自然科学基金资助项目(11272366,10972243,11172207) 国家111计划项目(B06023)
【分类号】:R318.01
【参考文献】
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【共引文献】
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,本文编号:1528948
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