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研究背景金属钽(Tantalum)具有熔点高、强度大、抗磨损、耐腐蚀等良好的物理性质和极其稳定的化学性质,且生物组织易在其表面生长,故又有“亲生物金属”之称。多孔钽具有较高的孔隙率和表面能,以及良好的生物相容性和细胞浸润性,弹性模量更接近骨组织,被称为“骨小梁”金属。研究表明.:表面载有多孔钽涂层的植入体有利于形成三维骨整合,促进成骨细胞的早期附着、增殖、分化和矿化,改善植入物的初期稳定性。而植入体表面的涂层钽颗粒与种植体周围组织和细胞直接接触,可引起一系列应激反应,可能影响骨形成和骨吸收的动态平衡。那么,钽颗粒与成骨细胞直接接触,对其增殖有什么影响呢?其机制如何?目前尚未见相关报道。研究目的本研究将小鼠MC3T3-E1成骨细胞与不同浓度的微米钽或纳米钽颗粒共培养以模拟多孔钽涂层种植体表面的微环境,分析钽颗粒对细胞增殖的影响,以及PI3K/Akt/mTOR通路介导的自噬在钽颗粒促增殖反应中的作用。研究方法1.用透射电镜、扫描电镜、动态光散射仪等对钽颗粒的理化特性进行表征。2.分别将不同浓度的微米钽或纳米钽颗粒与MC3T3-E1细胞共培养6、12、24、48 h,通过CCK-8法摸索并筛选出促增殖作用最明显的组别。3.采用Western Blot、激光共聚焦显微镜、透射电镜等方法检测细胞的自噬水平,并结合自噬抑制剂进一步明确自噬在细胞增殖中的作用。4.用通路抑制剂干扰PI3K/Akt/mTOR信号通路,借助Western Blot和CCK-8,检测细胞的自噬水平和增殖情况,阐明PI3K/Akt/mTOR通路对细胞自噬和增殖的调控作用。研究结果1.微米钽颗粒形状不规则,直径从100 nm到数μm不等,平均水合粒径为1281 nm;纳米钽颗粒为球形,形状较规则,粒径约8～15 nm,平均水合粒径为292 nm。2.通过CCK-8法发现促增殖作用最明显的组别分别是100 ng/mL微米钽和20μg/mL纳米钽。3.100 ng/mL微米钽处理组未检测到明显的细胞自噬;20 μg/mL纳米钽处理组可见自噬标志蛋白LC3-II表达升高和p62表达降低(P<0.05),以及明显的自噬荧光和自噬泡结构,并且自噬抑制剂可通过下调纳米钽诱导的自噬水平而减弱其促增殖作用。4.P13K/Akt/mTOR通路抑制剂可以进一步上调20 μg/mL纳米钽处理组细胞的自噬水平和增殖率。结论1.钽颗粒可以促进MC3T3-E1成骨细胞增殖。2.纳米钽颗粒通过诱导细胞自噬发挥促增殖作用,而微米钽颗粒通过非自噬途径发挥促增殖作用。3.PI3K/Akt/mTOR信号通路在纳米钽诱导的细胞自噬和促增殖效应中发挥负调控作用。