细胞培养环境下的磷酸钙矿化及其对细胞活性的影响

摘要

生物矿化是指生物体中矿物形成的过程，小到某些细菌中的磁性微晶、大到介观尺度的牡蛎壳、珊瑚、象牙、骨骼和牙釉质，生物体通过长期的进化演变出一套成熟的材料合成技术，能够将无机硬物质和有机软物质有序结合起来，从而构建出了具有各种功能的生物材料。生物体系中有机分子对生物矿物形成的调控以及矿化材料对细胞的作用均是生物矿化的研究重点。
　　 本论文研究了细胞培养基中有机分子对磷酸钙矿化的影响以及所生成的磷酸钙对细胞的影响，全文共分五章:
　　 第一章，概述生物矿化的背景知识，主要包括生物矿物的种类，生物组织中的磷酸钙，磷酸钙的制备方法，蛋白等有机物对磷酸钙生成、结晶的影响等等，以及纳米磷酸钙的尺寸、结晶度对细胞的影响以及利用高分子或者无机矿物对不具有矿化能力的细胞进行壳化。基于以上认识，引出我们对这些问题的思考以及我们的研究计划。
　　 第二章，我们研究了细胞培养液中胎牛血清(FBS)对磷酸钙的生成、结晶的影响，结果表明，FBS是在生物模拟液中可以抑制病理性矿化的一个重要生物调控因子。在其参与下，大尺寸的羟基磷灰石晶体的结晶过程被抑制，但能在生理条件下获得纳米尺寸的无定形磷酸钙前驱相且分散性好。我们认为，FBS是生物体内的矿化程度控制的一个重要因子。
　　 第三章，我们研究了不同量的纳米磷酸钙颗粒(CaP-NPS)对骨肉瘤细胞(MG-63)活性的影响。通过向细胞培养基中简单添加钙磷的方式，我们得到了尺寸度、结晶度等均一的纳米磷酸钙颗粒，研究了在生物环境中原位合成的磷酸钙矿物对MG-63细胞的影响。结果表明细胞的活性与磷酸钙矿化量有很大的关联，其中240μg/mL是一个临界浓度。当培养基中CaP-NPS超过该临界点后，会引起细胞死亡以及细胞活力显著下降，这为磷酸钙纳米颗粒在生物医药中应用提供一个有价值的参考。
　　 第四章，我们以哺乳动物细胞为模型，通过蛋白和高分子对其表面进行修饰并诱导细胞矿化（包括二氧化硅及磷酸钙矿化）。我们的实验结果表明，有机物质和矿化处理都可以赋予细胞一个外壳，但同时也会对细胞膜造成程度不一的损伤。从目前的结果来看，蛋白高分子类的软物质，对细胞造成的损伤相对较低，而且细胞在一定时间内可以恢复过来。而经历过磷酸钙、二氧化硅等矿化处理后的细胞，其细胞膜损伤较大，细胞活力近乎丧失。因此，对哺乳动物细胞进行壳化尽量从保证细胞膜完整性的角度来考虑，寻找对细胞膜损伤较小的物质去诱导矿化过程。
　　 第五章，我们总结了我们整个研究中的观点，创新点，还为以后的研究指出了需要解决的问题。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 生物矿化概述

1．3 生物矿物中的磷酸钙

1．3．1 磷酸钙的种类

1．3．2 生物组织中的磷酸钙

1．3．3 磷酸钙的实验室合成方法

1．3．4 有机分子对磷酸钙的影响

1．4 磷酸钙对细胞的作用

1．4．1 尺寸效应

1．4．2 结晶度效应

1．4．3 浓度效应

1．5 细胞壳化

1．5．1 细胞壳化概述

1．5．2 细胞壳化的高分子修饰

1．5．3 细胞的无机壳化

1．6 研究意义与计划

参考文献

第二章 胎牛血清在生物模拟液中对矿化的抑制作用

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 仪器

2．2．2 材料

2．2．3 制备和表征

2．3 结果

2．3．1 纳米磷酸钙紫外可见吸收

2．3．2 纳米磷酸钙的扫描电镜

2．3．3 纳米磷酸钙的透射电镜

2．3．4 纳米磷酸钙的动态光散射

2．3．5 纳米磷酸钙的XRD

2．3．6 纳米磷酸钙的红外图谱

2．4 讨论

2．5 本章小结

参考文献

第三章 原位矿化磷酸钙诱导的细胞死亡研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 仪器

3．2．2 试剂及溶液配制

3．2．3 磷酸钙的制备及表征

3．2．4 细胞培养

3．2．5 细胞活力测试

3．2．6 超薄切片观察

3．2．7 数据统计分析

3．3 结果

3．3．1 纳米颗粒的表征

3．3．2 细胞活力

3．3．3 钙磷浓度

3．3．4 超薄切片

3．4 讨论

3．5 本章小结

参考文献

第四章 哺乳动物细胞壳化研究

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 仪器

4．2．2 试剂及溶液配制

4．2．3 细胞培养

4．2．4 直接矿化

4．2．5 细胞的高分子修饰

4．2．6 鱼精蛋白的标记

4．2．7 细胞的高分子修饰后矿化

4．2．8 细胞活力检测

4．3 结果与讨论

4．3．1 直接矿化

4．3．2 细胞的高分子修饰

4．3．3 细胞的高分子修饰后矿化

4．4 本章小结

参考文献

第五章 结论

作者简介及攻读博士学位期间主要的科研成果