类骨单位同心圆微沟槽结构对成骨细胞和破骨细胞的调控作用

发布时间：2020-05-28 12:58

【摘要】：拓扑结构,作为支架材料表面关键物理性质之一,对包括粘附、增殖、迁移、分化等众多细胞行为具有重要的调控作用。微纳米加工技术的发展使在材料表面可控构建特定微拓扑结构(微图案)成为可能,已成为研究表面拓扑结构与细胞相互作用关系的重要技术手段。但现有研究大多以微纳米沟槽、微岛和微柱等基本拓扑结构为模型,而忽略了对天然骨组织关键拓扑结构特征的仿生。天然密质骨是由大量被称为骨单位(哈弗氏系统)的重复结构单元组成。而骨单位又是由多层同心圆排列的哈弗氏骨螺旋环绕哈弗氏管所构成,骨细胞沿各层间胞窝呈相应的同心圆排布。由于骨修复的最终的目标是重建出天然密质骨的结构,类骨微图案结构表面可能会通过细胞的排布,对细胞骨修复相关行为和功能进行调控。因此,本论文利用光刻技术与熔融浇铸技术相结合的方法,在聚己内酯(PCL)表面构建同心圆微沟槽结构,在二维平面上实现对骨单位关键拓扑结构特征之一的同心圆结构进行仿生构建,并系统研究了类骨单位同心圆微沟槽结构对骨髓间充质干细胞(MSCs)成骨分化和巨噬细胞(RAW264.7)破骨分化的调控作用。研究结果表明相较于平整表面和具有平行微沟槽结构的表面,具有类骨单位同心圆微沟槽结构能够显著抑制RAW264.7细胞的破骨分化过程,主要表现为下调抗酒石酸酸性磷酸酶的活性和破骨分化特异性基因(TRAP,CATK和MMP9)的表达。进一步研究发现RANK-NFκB信号通路参与介导了类骨单位同心圆微沟槽结构对RAW264.7细胞破骨分化的调控。此外,类骨单位同心圆微沟槽结构虽然对MSCs成骨分化影响有限,却能调控间充质干细胞破骨分化相关调控因子的表达,通过显著性下调M-CSF、RANKL的表达及上调OPG的表达,抑制RAW264.7细胞的破骨分化。本研究成功地在二维平面上仿生构建了类骨单位同心圆微沟槽结构,并且证实了该结构能够在一定程度上促进MSCs的成骨分化;能够抑制RAW264.7细胞的破骨分化;能够调控间充质干细胞破骨分化相关旁分泌因子的表达,进而抑制RAW264.7细胞的破骨分化。这些研究结果显示出类骨同心圆微沟槽结构在骨修复支架材料表面构建中的重要作用及应用前景。
【图文】：

第一章 绪论化产生一定的影响[11, 57]。F.J.Jing 等人利用等离子刻蚀束技术在材料表面构建边长为 25μm、50 μm 和 100 μm 的方台阵列拓扑结构，通过培养内皮细胞，发现相对于光滑样品，内皮细胞在拓扑结构表面的黏附量减少，但增殖情况较好[58]。拓扑结构的密度也能调控细胞的行为和分化等，例如 Chung 等人在聚氨酯丙烯酸酯表面构建密度不同的纳米柱阵列结构，宽度与柱子阵列间距的比值分别为 1:1、1:3 和 1:5，研究结果表明纳米柱阵列结构相比于光滑结构表面能够提高 MG-63 细胞的黏附，，同时 1:3 的纳米柱阵列结构能显著性地促进 MG-63 细胞的成骨分化[59]。

华南理工大学硕士学位论文骨细胞）的形态和功能的调控作用，如图 1-7 所示，本论文的基本研究思路主要包括以下几个部分：（1）利用光刻法和熔融浇铸法在 PCL 表面构建类骨单位同心圆微沟槽结构。（2）研究类骨单位同心圆微沟槽结构对间充质干细胞成骨分化的调控作用。（2）研究类骨单位同心圆微沟槽结构对巨噬细胞（RAW264.7）破骨分化的调控作用及内在机制分析。（3）研究类骨单位同心圆微沟槽结构对间充质干细胞旁分泌因子表达的调控对RAW264.7 细胞破骨分化的影响。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R318.08

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