背景目前治疗软骨缺损最佳方法为同种异体骨软骨移植,移植物的体外保存效果直接影响移植治疗效果。关节软骨在体内处于载荷环境之中,力学载荷的动态变化对于其营养吸收和力学性能的维持有重要作用。对关节软骨施加力学刺激,会导致软骨内部各种物质产生合成/分解的变化。目前研究集中在软骨块直接刺激/培养细胞循环压力上,鲜有模拟人体生理的滚压力学作用的报道,前期我们已经通过滚压力学加载装置实验,筛选出了对软骨细胞存活率及凋亡率有正向作用的最佳刺激方案(tsmc法),初步探索了不同加载参数之间的协同作用,但力学刺激有利于软骨保存的起效机制尚不清楚。目的利用模拟人体生理的滚压加载装置,采取前期研究验证过的最佳加载方案对软骨进行力学刺激,通过对于软骨细胞存活/凋亡率及细胞外基质代谢变化的检测,探索软骨细胞活性与软骨基质力学性能随储存时间的延长而逐渐降低的原因,特别是通过有利于维持体外保存软骨活性及功能的力学加载方案,研究力学刺激影响离体软骨细胞凋亡与细胞外基质代谢的机制。方法在健康猪股骨髁关节面上钻取直径约8mm圆柱状骨软骨块。按照预设tsmc加载方法,使用力学滚压加载装置对移植块进行力学刺激,探索在力学刺激之后的连续培养中细胞存活率随时间的变化趋势,于不同时间点检测软骨细胞存活、凋亡率、含水率、Ⅱ型胶原、蛋白多糖与生物力学的指标,检测加载前后软骨中凋亡相关蛋白Caspase-3/Bax/Bcl-2、细胞骨架蛋白Actin/Vimentin、基质相关蛋白MMP13的mRNA含量与蛋白表达。结果(1)力学刺激之后的连续培养细胞存活率检测:3天时加载组高于对照组,之后持续低于对照组。实验组与静态保存组3天时蛋白多糖含量无明显差别,7天时实验组明显高于静态保存组。保存3天,实验组细胞Ⅱ型胶原含量高于静态组;保存7天,实验组细胞Ⅱ型胶原含量高于静态组。静态组与tsmc组样本含水率明显高于新鲜组,静态组与tsmc组无差别,2.0Mpa组含水率升高尤为显著。(2)生物力学:在压缩率为15%时,新鲜组与加载组的杨氏模量明显高于静态保存组;预载荷为2.0Mpa时,新鲜组与加载组的松弛量明显小于对照组,新鲜组与加载组的蠕变量亦明显小于对照组。(3)Ⅱ型胶原与蛋白多糖:新鲜组与静态保存组Ⅱ型胶原mRNA含量无差别,加载组含量明显升高;静态保存组蛋白多糖mRNA含量低于新鲜组,加载组含量高于静态组亦高于新鲜组。(4)凋亡基因:Bcl-2 mRNA含量对照组与新鲜组相比有明显升高,加载组比对照组亦有明显升高;Bax mRNA含量对照组与新鲜组相比无明显差异,实验组与对照组相比明显降低;Caspase-3表达量静态保存组与新鲜组相比有明显差异,实验组与静态保存组相比有明显差异,其蛋白含量在3小时内明显上升后下降。骨架蛋白Actin与Vimentin的mRNA含量对照组与新鲜组相比无明显变化,加载组明显升高;MMP-13的mRNA含量实验组、对照组与新鲜组相比均有明显增加。(5)凋亡蛋白:Caspase-3在1小时内显著下降,后逐渐上升;Bcl-2在加载后1小时内显著上升,后保持升高状态至12小时;Bax在1-3小时内显著下降,后缓慢上升;MMP-13在3小时显著升高,6小时达到高峰。结论(1)在离体软骨移植物的静态保存过程中施加滚压力学刺激,可以在短时间内对抗凋亡进程,延缓软骨细胞存活率的下降与细胞外基质的降解,改善骨软骨块的力学性能。(2)滚压力学刺激对于凋亡的抑制作用可能是通过降低Bax与Bcl-2的比值,从而抑制凋亡的线粒体途径来实现的。