電場加載影響骨髓間充質(zhì)干細胞成骨分化的研究.pdf

1、電場刺激(Electrical Stimulation,ES)可以促進骨髓間充質(zhì)干細胞(BMSCs)的成骨分化，應用導電性材料可以增強局部的電流傳導?；诰圩笮樗?PLLA)和多壁碳納米管(MWCNTs)制備的復合材料，具有良好的生物相容性和導電性，可用于電場刺激下BMSCs成骨分化行為的研究。本論文采用靜電紡絲技術制備了平行排列的PLLA/MWCNT復合納米纖維膜，通過控制紡絲液中MWCNTs的含量，獲得了MWCNTs含量不同的、導

2、電性逐漸提高的材料，并以此作為細胞培養(yǎng)的基材，系統(tǒng)地研究了不同電場刺激方式下，對BMSCs形貌、增殖及成骨分化行為的影響。主要工作如下:
　　(1)通過酸處理得到純化的羧基化MWCNTs，以不同添加量與PLLA/三氟乙醇(TFE)溶液混合，靜電紡絲得到系列PLLA/MWCNT復合納米纖維膜，采用滾筒接收使纖維呈平行排列。經(jīng)掃描和透射電鏡觀察確定，當MWCNTs在復合纖維中的含量不超過3wt.％時，其在纖維內(nèi)分布較均勻、無明顯團聚現(xiàn)

3、象，且表現(xiàn)出順著纖維方向排布的趨勢。導電性測試結果顯示，當MWCNTs在復合材料中的含量為3wt.％時，材料的導電性達到滲流閾值(1×10-2s/cm)。采用細胞粘附、細胞增殖、細胞形貌觀察、live/dead染色多種表征方法，證實PLLA/MWCNT復合納米纖維膜生物相容性良好、無細胞毒性，可用于BMSCs的成骨分化研究。
　　(2)建立直流電場(DC)用于BMSCs的體外培養(yǎng)，將BMSCs接種到上述PLLA/MWCNT復合納米

4、纖維膜上，電場方向設定垂直于纖維方向，改變電壓和電場加載時間，通過對細胞增殖行為的檢測，探索適宜的電場參數(shù)用于后續(xù)的成骨分化研究。結果顯示:無外加電場時，材料的導電性對BMSCs的增殖有一定影響，但在本論文中未檢測到顯著性差異;在有電場存在下，導電性高的材料表現(xiàn)出更強的促進細胞增殖的作用，且顯著高于無外加電場實驗組;確定電壓1.5V，每天對細胞加載1.5h，是較優(yōu)的電場培養(yǎng)條件，電壓升高或電場加載時間延長，都會引起細胞增殖速率不同程度地

5、下降。此外發(fā)現(xiàn)，纖維排布和電場的加載，對BMSCs的形貌和取向也有明顯影響。
　　(3)選擇MWCNTs含量為0、1、3和5wt.％的四種PLLA/MWCNT復合納米纖維膜，在誘導成骨分化培養(yǎng)的第1-7天、8-14天或15-21天，分別進行電場加載，通過成骨分化相關蛋白和基因的表達水平檢測，研究電場加載方式對BMSCs成骨分化的影響。結果顯示:相比于無電場組，所有電場刺激組BMSCs的成骨分化都得到了明顯促進，而且隨著材料導電性的

6、提高，促進作用更加顯著;相較于晚期的電場刺激（8-14天或15-21天），在誘導分化早期的電場刺激(1-7天)更能促進成骨標志物和基因的表達，這一點通過在培養(yǎng)體系中引入骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)基因表達的抑制劑noggin，并結合電場刺激得到了進一步驗證。
　　以上結果顯示，電場刺激和導電性材料的結合，是促進BMSCs成骨分化的有效手段，尤其是早期的電場刺激，更能顯著促進成骨相關蛋白的分泌以及成骨基因的表達，這為將電場刺激應用于促進