高镁离子浓度对人骨髓间充质干细胞增殖与成骨分化的影响

摘要

背景:许多研究对镁合金浸提液的生物学作用进行了体外研究,但浸提液中pH值升高、钙离子浓度下降等变化会在体内体液缓冲系统作用下被减弱。目的:探讨不同浓度的高镁离子环境对人骨髓间充质干细胞(hBMSCs)增殖与成骨分化的影响。方法:按照ISO-10993标准制作镁及几种常用镁合金浸提液,应用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定浸提液中镁离子含量。根据浸提液镁离子含量,配置镁离子最终浓度为2、4、6、8、10 mmol/L的完全培养基及成骨分化诱导培养基,未添加镁离子培养基作为对照组,使用以上培养基对hBMSCs进行培养。细胞在完全培养基组中培养1、3、6、12 d后,利用CCK-8实验评价细胞增殖率。成骨分化诱导培养基组培养细胞7、14 d后测定碱性磷酸酶活性,同时进行碱性磷酸酶染色,在培养第21天进行茜素红染色,并在溶解后进行半定量分析。上述细胞实验每组设置6个复孔。结果:镁及几种常用镁合金浸提液镁离子浓度在3~6 mmol/L之间。高镁离子环境培养1天后,2、4、6、8、10 mmol/L组hBMSCs相对增殖率均显著下降(77.5%±11.7%、78.2%±12.3%、71.5%±12.3%、73.8%±7.3%、81.6%±8.4%,P<0.05)。但培养第12天时,2、4、6 mmol/L组出现了对hBMSCs细胞增殖的促进效果(195.6%±36.5%、292.6%±52.6%、296.3%±52.1%,P<0.01)。培养过程中仅在第6天,8 mmol/L组(81.2%±20.8%,P=0.576)和10 mmol/L组(91.1%±17.5%,P=0.968)细胞增殖率出现下降,但差异无统计学意义。培养第7天时,2、4、10 mmol/L组碱性磷酸酶活性较对照组均显著提高(P<0.05)。培养至第14天时,2、4、6、8、10 mmol/L组碱性磷酸酶活性是对照组3倍以上(P<0.01)。茜素红染色及溶解后半定量分析提示2~10 mmol/L的细胞外高镁离子环境阻挡了细胞外基质矿化(P<0.01)。结论:2~10 mmol/L浓度的镁离子环境未对hBMSCs体现出显著细胞毒性,且适当的高镁离子浓度有利于hBMSCs增殖及成骨分化,但细胞外高镁离子浓度不利于细胞外基质矿化。