模拟失重条件下骨细胞对成骨细胞调节作用及其机制研究

"骨细胞"作为骨组织的主要力学感受器，负责感知和应答力学刺激，通过调节骨形成与骨吸收平衡参与骨的适应性重建。但目前空间生物学中失重性骨丢失的研究仍主要集中在骨形成的主要细胞-"成骨细胞"上，而未见有关失重环境下"骨细胞"感知重力作用，并对其它效应细胞调节作用的研究报道。申请者前期研究发现模拟失重条件下"骨细胞"对"成骨细胞"具有调节作用。.本项目拟采用小鼠骨细胞系MLO-Y4和成骨细胞系MC3T3-E1，在抗磁物质悬浮和三维随机回转两种模拟失重条件下：(1)研究骨细胞结构和功能的变化；(2)采用骨细胞条件培养基和两种细胞共培养方式，分别研究骨细胞通过旁分泌及间隙连接途径对成骨细胞增殖、细胞周期及骨形成能力的调节作用；(3)探讨NO和PGE2信号途径及由Connexin43蛋白形成的间隙连接参与骨细胞调节成骨细胞的作用机制。为骨生物学基础研究和空间失重性骨丢失机制的阐明提供理论和技术支持。

“骨细胞”作为骨组织的主要力学感受器，负责感知和应答力学刺激，通过调节骨组织其他细胞参与骨的适应性重建。在失重坏境下，骨细胞的适应性变化及其对其他骨组织细胞的调控机制尚不明确。本项目采用抗磁悬浮和随机回转（RPM）等模拟失重方法，研究失重环境下骨细胞对成骨细胞结构和功能的调控作用及其机制。. 研究发现，小鼠骨细胞系MLO-Y4在抗磁悬浮培养条件下突起数目明显减少，细胞面积明显减小，细胞呈现细长状，长宽比显著增加，细胞微丝、微管以及中间纤维骨架发生重排，但细胞活性没有明显变化；在RPM培养条件下MLO-Y4骨细胞的条件培养基可促进成骨细胞的增殖；当在抗磁悬浮培养条件下成骨细胞和骨细胞相邻共培养时，ALP活性显著提高，当使用远距共培养或加入间隙连接抑制剂时，该调控作用消失，且这种调控作用受重力水平影响不大。上述结果提示：骨细胞对重力水平变化十分敏感，在模拟失重环境下可能通过旁分泌途径调控成骨细胞增殖，而对成骨细胞分化的调控主要通过间隙连接途径实现。. 本课题设计制作了适用于模拟失重平台的细胞培养/共培养容器，为研究特殊环境下细胞之间的相互作用提供了方法和技术支持；骨细胞在模拟失重环境下的显著变化更肯定了其“骨组织力学感应者”的作用和地位；尤其是骨细胞对成骨细胞的调控机制研究为骨生物学基础研究和空间失重性骨质流失机制的阐明提供理论基础。. 本课题完成了预定研究内容，发表研究论文8篇，其中3篇SCI，5篇国内核心期刊；发表会议论文6篇。申请国家专利6项，获得国家发明专利2项，实用新型专利2项。主办国际学术会议1次，主办国内会议2次。参加国际会议1次，参加国内会议1次。培养博士研究生3名，硕士研究生1名。