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目的:1.研究钛合金颗粒对体外培养的小鼠成骨细胞增殖活性的影响;2.研究不同浓度钛合金颗粒对体外培养的小鼠成骨细胞核因子-κB受体活化因子配基(Receptor activator of NF-κB ligand,RANKL)及其饵受体骨保护素(Osteoprotegerin,OPG)表达的影响;3.研究细胞外信号调节激酶(Extracellular signal-regulated kinase-1 and-2,ERK1/2)信号通路在体外培养的小鼠成骨细胞RANKL和OPG表达中的作用。 方法:小鼠成骨细胞3T3-MC常规培养于含10%胎牛血清和1%青链霉素的DMEM培养基中(培养条件为37%,CO2浓度为5%)。选用第3代小鼠成骨细胞接种于培养瓶中,培养24h成骨细胞完全贴壁后作为研究用的成骨细胞。 实验1:实验设空白对照组(control),钛合金颗粒干预A组(0.01 g/L)、B组(0.1 g/L)和C组(1g/L),每组6个样本。在培养第48h,采用CCK-8法检测成骨细胞增殖活性。 实验2:实验设空白对照组(control)和钛合金颗粒干预组(0.1g/L)两个大组,根据培养时间又分为24h、48h、96h和168h四个亚组,每组6个样本。分别在培养第24h、48h、96h和168h四个时间点,采用CCK-8法检测成骨细胞增殖活性。 实验3:(1)实验设空白对照组(control)和钛合金颗粒干预组(0.1g/L)两个大组,每组又分为0h、0.5h、1h、3h和6h五个亚组。分别在培养第0h、0.5h、1h、3h和6h五个时间点,采用Western Blot法检测不同时间点ERK1/2磷酸化水平。(2)实验设空白对照组(control),钛合金颗粒干预A组(0.01g/L)、B组(0.1g/L)和C组(1g/L)。在培养第0.5h,采用Western Blot法检测不同钛合金颗粒浓度作用下成骨细胞ERK1/2磷酸化水平。 实验4:按照是否加用ERK1/2特异性抑制剂(PD98059),将成骨细胞分为无PD98059干预实验组和PD98059干预实验组两个大组,每大组又分为空白对照组(control),钛合金颗粒干预A组(0.01g/L)、B组(0.1g/L)和C组(1g/L)),再分为24h和48h两个时间点,每组6个样本。分别在培养第24h和48h两个时间点,收集各组细胞和培养基上清液,采用RT-PCR和ELISA检测成骨细胞内及培养基中RANKL和OPG的含量。 结果:1.实验1结果显示在不同浓度钛颗粒共培养48h后,A组、B组成骨细胞增殖活性与对照组相比差异无统计学意义(P>0.05);C组成骨细胞增殖活性明显低于对照组、A组和B组,差异有统计学意义(P<0.01)。 实验2结果显示第24h、48h、96h三个时间点,钛合金颗粒共培养组细胞增殖活性与对照组相比差异无统计学意义(P>0.05);在96h内,实验组成骨细胞增殖活性逐渐增加,各时间点相比差异有统计学意义(P<0.05)。但在第168h,钛合金颗粒干预组成骨细胞增殖活性低于对照组和96h实验组,差异有统计学意义(P<0.01)。 2.实验3结果显示在第0.5h,1h,6h三个时间点,钛合金颗粒(0.1g/L)共培养组ERK1/2磷酸化水平均较对照组高,差异有统计学意义(P<0.01),其中0.5h亚组成骨细胞ERK1/2蛋白磷酸化水平最高;但第3h时间点,两组ERK1/2磷酸化水平的差异无统计学意义(P>0.05)。不同浓度钛合金颗粒共培养的结果显示,不同浓度钛合金颗粒组成骨细胞的ERK1/2磷酸化水平均高于对照组,差异有统计学意义(P<0.01或P<0.05)。 3.实验4 ELISA法结果显示: RANKL蛋白的表达:在不同浓度钛颗粒共培养24h后,A组、B组和C组成骨细胞RANKL蛋白的表达量较对照组明显增加,分别为A组:2520.5±100.82 ng/L、B组:3398.6±284.40 ng/L、C组:4698.2±276.79 ng/L和对照组:204.8±23.95 ng/L,差异有统计学意义(P<0.01)。共培养48h后,A组、B组和C组成骨细胞RANKL蛋白的表达进一步增加,分别A组:3566.1±251.58ng/L、B组:4536.1±259.14 ng/L和C组:6005.9±323.71ng/L,与对照组(261.8±34.44 ng/L)相比差异有统计学意义(P<0.01);而且随着钛合金颗粒浓度的增加,蛋白表达量越高,各组间差异有统计学意义(P<0.01)。PD98059干预组成骨细胞RANKL蛋白的表达显著低于无PD98059干预组,差异均有统计学意义(P<0.01)。 OPG的分泌量:在不同浓度钛颗粒共培养24h后,A组、B组、C组成骨细胞OPG的分泌量分别是341.9±21.12 ng/L、394.8±21.69 ng/L、370.3±26.41ng/L,和对照组(212.7±13.71 ng/L)相比差异有统计学意义(P<0.01);共培养48h后,A组、B组、C组OPG的分泌的量分别是436.1±12.29 ng/L、487.3±31.94ng/L、456.8±32.40 ng/L与对照组(279.6±22.18 ng/L)相比亦增加,差异有统计学意义(P<0.01)。PD98059干预组成骨细胞OPG蛋白的分泌量较无PD98059干预组显著下降,差异有统计学意义(P<0.01)。 RANKL/OPG比值:各时间点,A组、B组和C组RANKL/OPG比值较对照组明显升高,差异有统计学意义(P<0.01);PD98059干预组RANKL/OPG比值较无PD98059干预组显著降低,差异有统计学意义(P<0.01)。 RT-PCR检测结果显示:不同浓度钛颗粒共培养24h、48h后,各组成骨细胞均有RANKL、OPG基因的表达;在各时间点A组、B组和C组成骨细胞RANKL和OPG基因的表达、以及RANKL/OPG比值均较对照组显著增加,差异有统计学意义(P<0.01)。PD98059干预组成骨细胞RANKL、OPG基因的表达、以及RANKL/OPG比值均低于无PD98059干预组,差异有统计学意义(P<0.01或P<0.05)。 结论:本实验条件下: 1.钛合金颗粒可降低成骨细胞增殖活性,其作用与钛合金颗粒浓度和作用时间相关。 2.不同浓度钛合金颗粒可促进成骨细胞RANKL、OPG的表达,尤其是RANKL的表达,同时也能上调RANKL/OPG的比值。 3.不同浓度钛合金颗粒可促进成骨细胞ERK蛋白磷酸化水平,激活ERK信号通路。ERK信号通路抑制剂PD98059可抑制OPG的表达和RANKL的表达,降低RANKL/OPG比值,提示ERK1/2信号通路参与调节钛合金颗粒诱导的成骨细胞RANKL、OPG的表达。