聚醚醚酮表面亚微米结构对骨髓间充质干细胞成骨分化的影响

发布时间：2020-06-11 11:19

【摘要】：目的采用磺化和硝化处理方法对聚醚醚酮(PEEK)材料进行表面改性,并观察改性后PEEK的表面形貌及生物性能。方法1、通过磺化、磺化后硝化的方法获得不同形貌的PEEK材料表面,随后采用不同温度的水浴方式去除材料表面残余酸及含硫、含氮混合物。分为五组,对照组(PEEK)、磺化后硝化低温水浴组(25NP)、磺化后硝化高温水浴组(100NP)、磺化低温水浴组(25SP)、磺化高温水浴组(100SP)。利用场发射扫描电子显微镜、原子力显微镜、能谱仪、接触角测量仪以及傅里叶红外仪对各组实验材料进行表征。2、在体外细胞实验中,采用DAPI染色、黏着斑蛋白(vinculin)染色、鬼笔环肽染色、CCK-8检测、碱性磷酸酶(ALP)染色、茜素红(ARS)定性定量检测等实验方法,分别研究了各组材料表面形貌对骨髓间充质干细胞(BMSCs)早期粘附、细胞形态、增殖、矿化等生物行为的影响。3、在分子实验中,研究了各组材料表面形貌在对骨髓间充质干细胞(BMSCs)成骨分化的影响,利用实时荧光定量PCR(q RT-PCR)或Western blot技术对ALP、骨桥蛋白(OPN)、Ⅰ型胶原蛋白(COL-1)、骨形态发生蛋白-2(BMP-2)及转录因子RUNX2的表达进行检测。结果1、材料表征结果,PEEK材料表面相对光滑,磺化后硝化组(NP)具有单层亚微米孔状结构,其分子主链中引入磺酸以及硝基基团;磺化组(SP)具有三维网状结构,其分子主链中引入磺酸基团。原子力显微镜(AFM)结果发现PEEK组表面光滑粗糙度较小,NP组表面形貌相对粗糙,SP组表面形貌最粗糙。经高温水浴处理后,材料表面硫、氮含量显著下降,不同温度水浴处理对材料表面形貌、亲疏水性无显著影响。PEEK组表面亲水能力最强,NP组次之,SP组亲水性最弱(P0.05)。2、细胞实验结果,NP、SP组表面BMSCs早期粘附数量显著多于PEEK组(P0.05);100SP组初期粘附量较100NP组多,但无统计学差异。细胞形态学观察结果显示:PEEK组表面部分BMSCs呈球形未完全铺展,伪足数量较少;NP组与SP组BMSCs铺展较好,呈多角形或星形,伪足丰富,但100NP组与100SP组相比表面细胞粘附更为紧密。在激光共聚焦显微镜下,2h时可观察到PEEK组表面细胞骨架及黏着斑蛋白未发育完全,其他各组细胞微丝及应力纤维均已发育完全,黏着斑蛋白也相对清晰。4h时,各组细胞骨架均发育良好,其中100NP组和100SP组观察到双核细胞的出现,PEEK组细胞体积较小,细胞铺展不足。24h时,NP组、SP组与PEEK组相比细胞数量明显增多,形貌更类似成骨细胞。CCK-8结果提示4、7、14天NP、SP组较PEEK组细胞的增殖量显著增加(P0.05);7天时100SP组细胞增殖能力优于100NP组(P0.0.5),在7天时具有统计学差异。ALP染色结果提示:7天和14天时,NP组ALP染色最深,呈蓝黑色;100SP组次之;PEEK组染色最浅;ALP定量结果提示:7天时NP、SP组均与PEEK组有统计学差异,100NP组ALP表达量最高(P0.05)。茜素红染色(ECM)结果提示:NP、SP组与PEEK组相比材料表面矿化结节明显且数量增多;ECM定量结果提示:NP、SP组与PEEK组相比具有统计学差异,100NP组与100SP组相比表达量略高。3、分子实验结果,q RT-PCR结果显示7天时,处理组与PEEK组相比:ALP、RUNX2、的表达量均显著增高,差异有统计学意义(均P0.05);100NP组与100SP组相比,ALP、RUNX2的表达量均显著增高;14天时,处理组与PEEK组相比:ALP、RUNX2的表达量略增高,OPN、Col-1表达量显著增高(P0.05)。Western blot结果提示:7天、14天PEEK组RUNX2、OPN、BMP-2蛋白表达量均低于处理组。7天时,100NP组与其他各组相比,RUNX2、BMP-2蛋白表达量上调。14天时,100NP组与其他各组相OPN、BMP-2蛋白表达量均增高。结论磺化后硝化获得单层亚微米级孔状结构,在PEEK主链中引入硝基和磺酸基团;磺化在PEEK表面获得三维网状结构,在PEEK主链中引入磺酸基团;高温水浴处理后的材料表面可提高BMSCs的生物活性。PEEK表面单层亚微米孔隙结构可促进BMSCs的早期分化。处理后的材料表面可改善PEEK材料的生物性能。
【学位授予单位】：锦州医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R783.1

【参考文献】