流体剪切力下纳米羟基磷灰石复合骨材料诱导破骨细胞力学转导作用及其机制研究

本研究选用由浙江大学材化学院高分子系提供的n-HA/Collagen、n-HA/PA和n-HA/BMP-2为受试n-HA复合骨材料。应用流动小室系统模拟体内骨组织微管流体剪切力，观察生理流体剪切力下，n-HA复合骨材料对破骨细胞形态、体积、骨架F-actin和活性的影响；同时应用活体探针标记，实时监测信号分子Ca2+和NO在n-HA复合骨材料诱导破骨细胞力学转导中的动态变化；通过Western Blots和免疫细胞化学方法，探讨PI3K/Akt信号通路在n-HA复合骨材料诱导破骨细胞力学转导中的作用。此外，比较静态与流体剪切力下，上述骨材料对破骨细胞影响差异以及n-HA复合骨材料之间的作用差异。本研究旨在研究n-HA复合骨材料的力学转导作用，并探讨其作用机理，为n-HA复合骨材料的优化和最佳筛选提供理论依据。

本项目基于本实验室已经建立的破骨细胞诱导培养及纯化方法，对现有的流体剪切力加载装进行置改装，模拟体内骨组织微管流体剪切力，研究生理流体剪切应力对破骨细胞形态、F-actin、细胞活性以及信号分子Ca2+和NO影响，探讨流体剪切应力诱导破骨细胞力学转导作用及其分子机理。本项目首次证实了(1) 剪切应力诱导破骨细胞内NO水平变化和Akt酶Thr308位点活化的时间效应规律以及 (2) 三类n-HA复合骨材料n-HA/Col、n-HA/PS和n-HA/BMP-2可不同程度地抑制剪切应力诱导的破骨细胞面积、数量、TRAP活性的增加和F-actin环的破坏以及细胞内Ca2+和NO水平的升高，其抑制作用可能与Akt信号分子的失活 (去磷酸化) 密切相关。同时还比较了静态与流体剪切力下，上述骨材料对破骨细胞影响差异以及n-HA复合骨材料之间的作用差异，为n-HA复合骨材料的优化和最佳筛选提供理论依据。此外，为明确抑制破骨细胞作用较好的n-HA/BMP-2制成关节假体植入体内后所产生的微米级磨损颗粒对破骨细胞活性和骨吸收的影响，本项目增加了“微米级HA、TCP、HA/BMP-2和TCP/BMP-2 (粒径1-10 µm) 体内骨溶解实验”，结果表明微米级HA、TCP颗粒可明显诱导小鼠颅骨周围破骨细胞生成和骨溶解，而微米级HA/BMP-2和TCP/BMP-2颗粒对破骨细胞功能影响较小，弱于单一骨材料TCP和HA颗粒。体内实验结果提示：骨水泥与骨修复作用较好的成分进行复合而制成的复合人工骨材料体内生物相容性较好，且能减缓假体周围骨溶解、延缓关节寿命和假体松动。