钛纳米管及不同化学诱导条件对骨髓间充质干细胞成骨分化的影响

摘要

目的:在不同培养基中,对比研究SD大鼠骨髓间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)在Ti O2纳米管表面的成骨向分化特点。方法:分离并纯化MSCs,电化学阳极氧化法制备Ti O2纳米管。使用4种培养体系:常规培养体系、抗坏血酸+β-甘油磷酸钠培养体系、抗坏血酸+β-甘油磷酸钠+1α,25-双羟维生素D3培养体系、抗坏血酸+β-甘油磷酸钠+地塞米松培养体系,分别在光滑面纯钛片,管径30、70、100 nm的Ti O2纳米管表面培养MSCs,3、7、14 d后检测碱性磷酸酶活性;21 d后检测钙沉积量;14 d后real-time PCR检测成骨相关基因Runx2及OSX的表达。结果:同一种Ti O2纳米管结构表面,抗坏血酸+β-甘油磷酸钠+地塞米松组碱性磷酸酶活性(F=338.542,P=0.000)、钙沉积量(F=417.012,P=0.000)及成骨相关转录因子Runx2(F=14.419,P=0.000)和OSX(F=42.011,P=0.000)的表达均较其他组高,差异具有统计学意义;同一种培养体系下,管径30 nm的Ti O2纳米管结构表面碱性磷酸酶活性(F=53.170,P=0.000)、钙沉积量(F=264.268,P=0.000)及成骨相关转录因子Runx2(F=3.196,P=0.037)及OSX(F=5.895,P=0.003)的表达均较其他组高,差异具有统计学意义。培养体系与材料结构有交互作用(碱性磷酸酶活性(F=6.322,P=0.000)、钙沉积量(F=33.330,P=0.000)、OSX的表达量(F=2.825,P=0.015),其中抗坏血酸+β-甘油磷酸钠+地塞米松培养体系和管径30 nm的Ti O2纳米管结构是最佳组合。结论:MSCs的成骨向分化与材料的表面结构和诱导药物的化学刺激相关。在相同的Ti O2纳米管结构表面,MSCs在抗坏血酸+β-甘油磷酸钠+地塞米松培养体系下成骨向分化能力较好;在相同培养体系下,管径30 nm的Ti O2纳米管结构更有利于MSCs的成骨向分化;抗坏血酸+β-甘油磷酸钠+地塞米松培养体系和管径30 nm的Ti O2纳米管结构的组合条件最有利于MSCs的成骨向分化。