低强度脉冲超声波对多孔支架材料上成骨细胞生物学行为影响的研究

摘要

目的：
　　评价低强度脉冲超声波(low intensity pulsed ultrasound stimulation，LIPUS)对多孔钛合金支架材料及表面微弧氧化修饰的多孔钛合金支架材料上成骨细胞增殖、分化、长入深度等生物学行为的影响，为其作为体外辅助手段，配合人工支架材料修复大面积骨缺损的临床治疗思路提供有益数据。
　　方法：
　　1、分组:将多孔钛合金（简称多孔T）、表面微弧氧化修饰的多孔钛合金(简称多孔MT)两种支架材料随机分为超声组(UT和UMT)、对照组(CT和CMT)，保证每组样品数量不低于3。超声组接受1次/d的超声辐照，对照组接受不开功率源的1次/d的假辐照。
　　2、分别在超声组和对照组材料表面进行小鼠前成骨细胞(mouse embryoosteoblast precursor cells，MC3T3-E1)的接种和培养。
　　3、采用扫描电镜(scaning electron microscope，SEM)评价LIPUS作用下两种材料上成骨细胞黏附状态。
　　4、采用硬组织切片及DAPI荧光染色方法观察成骨细胞在两种支架材料上的长入深度。
　　5、采用噻硅蓝(methyl thiazolyl tetrazolium，MTT)法分析LIPUS对两种材料上成骨细胞增殖的影响。
　　6、采用碱性磷酸酶(alkaline phosphatese，ALP)和骨钙素(osteocalcin，OCN)含量测定技术分析LIPUS对两种材料上成骨细胞早、晚期分化的影响。
　　结果：
　　1、SEM观察结果:两种支架材料上超声组与对照组细胞呈圆梭形、三角形、多角形等形态，细胞表面凸凹不平，彼此借伪足相互连接，并可见细胞外基质分泌，边界模糊。表明两种材料之间以及材料上超声组与对照组的细胞黏附及分泌功能均良好。
　　2、细胞在支架材料上的长入深度:7d时，两种支架材料上超声组与对照组细胞在材料表层无明显区别，而在多孔T的底部，及多孔MT的中间和底部，超声组与对照组相比，差异具有统计学意义(P＜0.05);两组材料相比，多孔T值均明显高于多孔MT,差异具有统计学意义(P＜0.05)。表明了LIPUS对多孔T及多孔MT上成骨细胞长入深度的促进作用，多孔T组的长入深度优于多孔MT组。
　　3、MTT检测结果显示:两种支架材料上超声组与对照组的MC3T3-E1细胞数量均随着培养时间的延长而增多，超声组与对照组的MTT值无统计学差异(P＞0.05)，但是多孔T组MTT值明显高于多孔MT组(P＜0.05)，具有统计学差异，表明LIPUS对多孔T及多孔MT上成骨细胞的增殖无明显影响，多孔T组的增殖活性优于多孔MT组。
　　4、ALP结果;两种支架材料上超声组与对照组的MC3T3-E1细胞的碱性磷酸酶值均随着培养时间的延长而提高，第4d和第7d，两种材料的超声组与对照组相比，差异具有统计学意义(P＜0.05);对照组的第7d，多孔T的ALP值高于多孔MT,差异具有统计学意义(P＜0.05)。表明LIPUS能够促进多孔T及多孔MT上成骨细胞的早期分化，多孔T组的早起分化活性优于多孔MT组。
　　5、OCN含量检测:两种支架材料上超声组与对照组的MC3T3-E1细胞的骨钙素含量均随着培养时间的延长而提高，第10d和第14d，两种材料的超声组与对照相比，差异具有统计学意义(P＜0.05);超声组的第10、14d，以及对照组的第14d，多孔T的OCN值明显高于多孔MT，差异具有统计学意义(P＜0.05）。表明LIPUS能够促进多孔T及多孔MT上成骨细胞的晚期分化，多孔T组的晚期分化活性优于多孔MT组。
　　结论：
　　1、低强度脉冲超声波可以促进多孔钛合金及表面微弧氧化修饰的多孔钛合金上成骨细胞向支架内的长入深度和分化水平，但是对两种材料上成骨细胞的增殖均没有明显促进作用。
　　2、成骨细胞在多孔钛合金的增殖、分化、长入深度优于表面微弧氧化修饰的多孔钛合金。

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综述 低强度脉冲超声波对细胞生物学效应的影响

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