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目的:以β-磷酸三钙(β-Tricalcium Phosphate, β-TCP)为对照,制备了不同组成比的β-TCP和硅酸钙(Calcium Silicate,CS)复合材料,初步研究不同含量CS生物陶瓷的体外成骨效应,并从基因和蛋白水平上探讨其成骨的相关机制,为进一步体内研究提供理论依据。
方法:选择出生24h大鼠颅顶骨中的原代成骨样细胞,经纯化鉴定后分别与100wt%β-TCP、50wt%CS / 50wt%β-TCP、80wt%CS / 20wt% β-TCP以及100wt%CS四种陶瓷材料的浸提液接触培养24h,分别采用MTT方法检测细胞活力的改变;流式细胞仪观察在完整细胞周期中处于G0/G1期时DNA的变化情况;分光光度仪测定细胞内及上清液中碱性磷酸酶(ALP)的活性及细胞中骨钙素的含量;在SEM下观察细胞贴附在4种不同材料表面时的形态;用ELISA方法检测上清液中BMP-2含量;用Real time PCR及Western blot方法分别检测成骨相关基因和蛋白的表达。
结果:CS陶瓷材料浸提液刺激细胞24h后,细胞活力及数量均随着材料中CS含量的增加明显增高;细胞周期结果显示,含有硅酸钙材料浸提液处理过的细胞在G0/G1期时DNA含量高于β-TCP组,且100wt%CS组高于50wt%CS及80wt%CS组;同时,细胞内及上清液中的ALP水平及骨钙素含量也随CS的含量增高而活性增加,且呈现明显的时间依赖效应;SEM观察发现,细胞在含有CS的材料表面伸展情况优于单纯β-TCP的表面;上清液中BMP-2的含量分别与时间和CS含量呈正比;进一步在分子水平上证实与成骨相关的基因及蛋白,如碱性磷酸酶(ALP)、骨钙素(OCN)、核心结合因子(Runx2)、骨形成蛋白(BMP-2)、转化生长因子(TGF)的表达均随着复合材料中CS含量的增高而表达量升高。
结论:不同含量CS生物陶瓷具有显著地促进成骨样细胞增殖和成骨的能力,其体外成骨效应与CS的含量成正相关,并主要与成骨相关基因和蛋白的高表达有关。