力电联合刺激下成骨细胞的增殖、分化、矿化及胞内Ca2+浓度变化机制研究

基本信息
批准号:11472032
项目类别:面上项目
资助金额:92.00
负责人:李萍
学科分类:
依托单位:北京航空航天大学
批准年份:2014
结题年份:2018
起止时间:2015-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:宋崴,吴钎,郭萌,张书培,张静
关键词:
流体剪切力电刺激周期性牵张成骨细胞Ca2+
结项摘要

The treatment of osteoporosis, bone nonunion and bone healing delay is the process of bone formation and reconstruction. The structure of the bone tissue is regulated by the mechanical factors. The piezoelectric potential and streaming potential induced by mechanical factors, also with the biological potential, have important effects on bone formation. It is important to study the influence of combinative mechanical and electrical stimulation on the osteoblasts proliferation, differentiation and mineralization. We have achieved the primary results of the influence of combinative orbital shear stress and electrical stimulation on the proliferation and differentiation of osteoblasts. It is aimed to construct the devices providing combinative laminar shear stress and electrical stimulation or combinative cyclic stretched stimulation and electrical stimulation. The PLCL/collagen/PEDOT composite materials will be prepared, which possess good conductivity and mechanical properties. The influence of combinative mechanical and electrical stimulation on the proliferation, differentiation and mineralization of osteoblasts will be studied and the parameters of stimulations such as mode, magnitude, frequency and duration will be optimized. The change in concentration of intracellular Ca2+ was explored in the process of osteoblasts proliferation, differentiation and mineralization which influenced by the combinative mechanical and electrical stimulation. The relationship of change in Ca2+ concentration with the Ca2+ influx from extracellular matrix and the Ca2+ release from intracellular stores will be researched. The study of influence and mechanism of combinative mechanical and electric stimulation would be significant to promote the treatment of orthopedics disease.

骨质疏松、骨愈合延迟等骨科疾病的治疗实质上是骨修复、重建的过程。骨组织的结构受到力学因素的调控,同时力学因素诱导的压电和动电电势及生物电势也对骨形成具有重要影响。利用力学因素和电刺激的联合加载促进成骨细胞的增殖、分化和矿化的研究,对于深入理解物理因素对骨缺损愈合的机理具有重要的科学意义。本项目以前期旋转剪切力和电刺激对成骨细胞的增殖和分化影响的初步结果为基础,搭建层流剪切力/电联合刺激和周期性牵张/电联合刺激装置,制备具有良好导电性能和力学性能的PLCL/胶原/PEDOT复合材料,研究剪切/电联合刺激和牵张/电联合刺激对成骨细胞的增殖、分化和矿化的影响,优化力刺激和电刺激的形式、大小、频率及时间等参数,探讨在力电联合刺激作用下胞内Ca2+浓度的变化及变化机制,研究Ca2+浓度变化与Ca2+内流和胞内Ca2+释放之间的关系。力电联合刺激的影响及机制研究对促进骨科疾病的治疗具有重要的参考意义。

项目摘要

骨质疏松、骨愈合延迟等骨科疾病的治疗实质上是骨修复、重建的过程。骨组织的结构受到力学因素的调控,同时力学因素诱导的压电和动电电势及生物电势也对骨形成具有重要影响。利用力学因素和电刺激的联合加载促进成骨细胞的增殖、分化和矿化的研究,对于深入理解物理因素对骨缺损愈合的机理具有重要的科学意义。本项目搭建多种牵张/电联合刺激装置及剪切力/电联合刺激,制备多种导电薄膜及导电纤维支架,研究了不同力/电联合刺激对成骨细胞的增殖、分化和矿化的影响,优化力刺激和电刺激的等参数,探讨力电联合刺激的作用。与单一力刺激及单一电刺激相比较,力电联合刺激能够最显著地促进成骨细胞的增殖与分化,促进成骨细胞的细胞外基质的合成。力电联合刺激是促进成骨细胞的生长非常有效的刺激加载方式,为研究成骨细胞培养及骨组织培育提供了一种更加接近体内真实的微环境,对促进骨科疾病的治疗具有重要的参考意义。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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