从材料学角度探讨稀土镧调控人工关节磨损颗粒诱导骨溶解的机制及应用

人工关节置换术后发生的无菌性松动是影响人工关节长期稳定和使用寿命的主要远期并发症。被认为是由于磨损颗粒引起大量炎性细胞因子的释放，募集破骨细胞的前体细胞，刺激破骨细胞的形成并增加其活性，最终导致假体周围骨溶解。本课题组已证实，阻断NF-κB信号转导通路可抑制破骨细胞的成熟分化、促进破骨细胞的凋亡，从而抑制磨损颗粒诱导骨溶解；研究显示稀土镧可阻断单核巨噬细胞的NF-κB信号通路的活化，抑制炎性反应和调节免疫。本研究旨在从材料学的角度探讨稀土镧调控人工关节磨损颗粒诱导骨溶解的可能机制，因相对RNA干扰沉默NF-κB基因，镧可避免外源性基因的导入，避免基因突变，抑制炎症和调节免疫，且还具备抗菌作用，不仅可用来预防和治疗人工关节松动，更可将目前的人工关节材料进行有效配伍和改性，研制出具有更有效抑制假体松动的含稀土镧的人工关节复合材料，为人工关节材料学的发展建立新途径，提供新思路。

人工关节置换术后发生的无菌性松动是影响人工关节长久使用的主要原因[1-3]。假体使用过程中产生的磨损颗粒可引起大量炎性因子的释放，募集破骨前体细胞并刺激其分化为成熟的破骨细胞，破骨细胞吸收骨质引起假体周围骨溶解并最终导致假体松动[4-6]。特异性抑制破骨细胞的形成及骨吸收功能是防治假体远期松动的理想办法。本研究中，我们从材料的角度探讨了稀土元素镧抑制破骨细胞及防治假体松动的功效及作用机制。首先，我们系统评估了氯化镧在体外对细胞的毒性作用，明确了镧的安全浓度范围。在体外实验中，我们证实磨损颗粒可有效刺激无菌性炎症的产生，而氯化镧在无细胞毒性的安全浓度范围内可以显著抑制TNF-α、IL-1β以及NF-κB的表达。在体内实验中，我们成功构建了BALB/c小鼠气囊模型，植入磨损颗粒可刺激无菌性炎症反应，而在给予氯化镧治疗后，囊壁组织中TNF-α、IL-1β及NF-κB等炎症相关因子的表达明显降低。通过本部分研究，证实氯化镧可有效抑制磨损颗粒诱发的无菌性炎症反应，其作用机制可能是阻断了NF-κB信号通路的活化。. 在第二部分研究中，我们观察到一定浓度的氯化镧对破骨前体细胞RAW264.7的增殖、分化、凋亡无明显影响。同时PCR技术证实氯化镧可有效抑制c-fos、TRAP、RANK、TRAF6、c-src、Fra1、Cathepsin K及MMP-9等破骨细胞特征性基因的表达。在此研究基础上，我们从C57BL/6J小鼠分离培养骨髓来源的巨噬细胞并加入RANKL诱导其向破骨细胞分化，在加入氯化镧干预后，通过免疫荧光染色及Western blotting检测发现：氯化镧可抑制NF-κB信号通路中p65向细胞核的转位，同时下调IKKα或IKKβ、IκBα、 p65及其磷酸化水平。同时我们构建了C57BL/6J小鼠颅骨骨溶解模型，在腹腔注射氯化镧后，观察到小鼠体内炎症因子分泌减少、颅骨骨溶解被抑制。. 通过本次研究，我们现已明确：氯化镧能有效抑制破骨细胞的形成，其对破骨细胞的抑制及减少炎症因子的释放与阻断NF-κB信号通路有关。稀土元素—镧，作为一种潜在的生物活性材料，对破骨细胞抑制效应确切且毒副作用较少，在防治人工关节远期松动方面具有广阔的应用前景。本次研究现已顺利完成并达到预期研究构想，截止目前SCI收录论文及中文核心期刊论文各4篇。