稀土离子对体外兔成熟破骨细胞骨吸收功能的影响

用在骨片上培养日本大耳白兔破骨细胞评价破骨细胞性骨吸收功能的方法研究了不同稀土离子(Ln³⁺)的影响, 为定量评价破骨细胞活性, 用显微摄影结合计算机图像分析测定骨吸收造成的陷窝数目及表面积, 并用原子吸收分光光度法测定溶出的钙. 另外用扫描电子显微镜观察吸收陷窝的形态. 结果表明浓度为1.00×10^-5, 1.00×10^-6和1.00×10^-7 mol/L的La³⁺, Sm³⁺和Er³⁺及1.00×10^-5和1.00×10^-6 mol/L的Nd³⁺, Gd³⁺和Dy³⁺均能抑制破骨细胞活性(P<0.01), 而且骨吸收陷窝数目及表面积呈对Ln³⁺浓度依赖性的减少. 但是, 当浓度降低到La³⁺, Sm³⁺和Er³⁺为1.00×10^-8 mol/L和Nd³⁺, Gd³⁺和Dy³⁺为1.00×10^-7 mol/L时, 陷窝数及表面积转而增多, 表现为提高破骨细胞的骨吸收功能(P<0.01). 当Nd³⁺, Gd³⁺和Dy³⁺的浓度进一步降低为1.00×10^-8 mol/L时, 对该功能无显著影响(P>0.05). 所得结果提示稀土离子Ln³⁺对体外破骨细胞性骨吸收的影响呈依赖浓度的两面性, 也与稀土物种有关.     

Ⅱ,Ⅹ型胶原与Ca~(2+)的相互作用

骨的增长主要通过长生板软骨向两端生长而实现.在这一过程中,生长板软骨细胞除了要经历一系列的生化和细胞的变化,它分泌的胶原类型也会发生变化:静止期和增殖期的软骨细胞以分泌Ⅱ型胶原为主,而肥大期的软骨细胞还要分泌Ⅹ型胶原.目前一些实验表明Ⅱ型、Ⅹ型胶原可能与骨的增长这一生物矿化过程有关:通过对刚分离的生长板软骨进行24h培养发现,Ⅱ型胶原碳端前多肽的含量与细胞富集Ca~(2+)是同步增加的,且它又与羟基磷灰石有较强的结合能力;对于矿化的鸡软骨进行分析,发现在矿化处有Ⅹ型胶原存在,且Ⅹ型胶原富集的地方Ca~(2+)的浓度也很高.但目前它们的具体作用尚不清楚。本文通过研究Ⅱ,Ⅹ型胶原与Ca~(2+)的结合性质,为阐明它们在生物矿化过程中的作用提供了实验数据。     

铁离子对肌动蛋白聚合的影响

肌动蛋白(Actin)是细胞骨架蛋白之一.在一定的条件下其球状单体(G-actin)可以聚合为丝状聚合体(F-actin).细胞的形态学变化及游动性与此特性有关.已经证明一些金属离子(如K~+,Mg~(2+),Ca~(2+))在ATP存在下可引发肌动蛋白的聚合.我们曾报告Fe(Ⅱ)离子可引起体外培养的软骨细胞形态发生明显变化,并伴有细胞功能的变化.用鬼笔环肽标记方法观察到Fe(Ⅱ)作用于细胞骨架,使细胞骨架微丝系统发生了解组与重组.为了进一步研究Fe(Ⅱ)离子与细胞微丝的相互作用,探讨软骨细胞形态与功能之间的关系.本文利用从兔腿肌肉分离纯化的肌动蛋白,研究了Fe(Ⅱ)离子对肌动蛋白聚合过程的影响.1材料和方法1.1试剂三磷酸腺苷(ATP)购自Sigma公司,叠氨化钠(N_aN_3)和三羟甲基氨基甲烷(Tris)为进口分装试剂;其余均为国产分析纯试剂.1.2肌动蛋白的分离与纯化参照文献[4]方法由兔腿肌肉分离提取丙酮干粉(-15℃可保存数月).取一定量丙酮干粉经离心、盐析及透析等步骤分离并纯化得G-actin.G-actin溶解在缓冲溶液G(2mmol/LTris-HCI,0.2mmol/L ATP,0.5mmol/L二巯基乙醇,1.5mmol/L NaN_3,pH=8.0)中在4℃下放置两周无明显聚合.由紫外分光光度法(A_(290))确定G-actin含量.     

高脂诱导动脉脂沉积时的骨构变化和镧的影响

高脂饲料喂养家兔两个月后,用透射电子显微镜观察其血管细胞超微结构,以扫描电子显微镜观察胫骨骨小梁的形态,用双能X线骨密度检测仪测定胫骨骨密度;同时,通过红外光谱分析骨组成,用恒pH法观察胫骨骨粉体外脱矿、脱矿后再矿化的动力学过程. 结果表明, 高脂家兔胸主动脉有明显的动脉硬化病变早期脂沉积的特征,胫骨骨密度降低,骨小梁稀疏,表面陷窝数增加;而且,骨矿物和有机基质按正常骨中的比例丢失,骨结构的改变使骨粉体外脱矿速率加快,脱矿后再矿化速率变慢. 经喂饲LaCl3减轻动脉硬化病变,一定程度上逆转了高脂饲料诱导的上述骨的改变,说明镧有抑制早期脂沉积和细胞损伤及改善骨结构的作用.     

稀土离子对体外培养的成骨细胞增殖、分化和功能表达的影响

采用噻唑蓝(MTT)法、碱性磷酸酯酶比活性的定量测定、细胞周期测定、矿化结节计数、扫描和透射电子显微镜观察等方法研究了不同浓度稀土离子(Ln3 ,包括La3 ,Sm3 ,Dy3 ,Nd3 ,Er3 和Gd3 )对成骨细胞UMR 106增殖、分化和功能表达的影响.结果表明,浓度在1.00×10-4 mol/L时,各稀土离子均表现出抑制成骨细胞增殖的作用. 当浓度降低到1.00×10-9～1.00×10-5 mol/L范围时,则表现出促进作用. 稀土离子(Ln3 )浓度为1.00×10-7及1.00×10-5 mol/L时,显著增强碱性磷酸酯酶比活性(P<0.01). 对其中一个稀土离子La3 作了进一步机理研究,发现极低浓度下(1.00×10-8及1.00×10-9 mol/L)的La3 促进成骨细胞从G0/G1期向S期过渡,并且增强成骨细胞的矿化能力(P<0.001). 扫描电子显微镜和透射电子显微镜结果表明,高浓度(1.00×10-4 mol/L)La3 可使成骨细胞损伤,可见表面变为光滑,微绒毛消失, 细胞膜不完整, 内质网扩张,核膜外凸,核周隙扩张. 低浓度(1.00×10-9 mol/L) La3 对成骨细胞无明显影响. 所得结果提示稀土离子(Ln3 )能够促进体外培养的成骨细胞的增殖、分化和功能表达,呈现出浓度依赖的两面性,并与稀土物种有关.     

镧离子对骨髓基质细胞向成骨细胞分化的影响

研究了稀土离子La³⁺对体外培养的骨髓基质细胞(MSCs)向成骨细胞分化过程的影响, 并初步探讨了相关机理. 通过测定碱性磷酸酶(ALP)活性、骨钙素分泌、Ⅰ型胶原蛋白和骨钙素mRNA水平及基质钙化等指标表征MSCs分化程度. 结果显示, La³⁺抑制培养早、中期MSCs分化, 表现为显著抑制ALP活性和骨钙素分泌, 下调骨钙素mRNA水平; 但是, La³⁺对MSCs最终基质钙化无明显影响, 原因为La³⁺上调Ⅰ型胶原蛋白mRNA水平, 并促进培养晚期细胞ALP活性和骨钙素分泌. 另外, Western Blot分析显示La³⁺作用于MSCs短时间即可激活丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)磷酸化, 而且MAPK激酶抑制剂PD98059能完全消除La³⁺对培养中期MSCs ALP活性的抑制作用. 这些结果提示, La³⁺对MSCs向成骨细胞分化的影响依赖于细胞所处的分化时相. La³⁺可能通过MAPK信号途径抑制培养早、中期MSCs向成骨细胞分化, 但对最终的基质钙化成骨无明显影响.     

骨的脱矿、再矿化的动力学研究

目的:探讨胆固醇对骨质疏松的影响。方法:通过动力学实验、原子发射光谱和红外光谱等方法说明胆固醇能引起骨质疏松。结果:高胆固醇的骨头的脱矿速率比正常骨的快,再矿化速率比正常骨慢。结论:胆固醇能引起骨质疏松,镧的摄入可以使骨中的矿物结构发生改变。     

乌贼骨中矿物相转化研究

乌贼骨(Cuttle-bone)是一种多孔度达90％,但刚性的天然矿物材料。由甲壳素(Chitin)及蛋白质等有机分子预制的多层房架式结构的基质中沉积有片状的碳酸钙文石。能否利用乌贼骨所具有的高度有序基质而将其无机矿物转化为骨骼、牙齿中所含的磷酸钙矿物,从而获得具有较好生物相容性和理化性能的生物活性材料是一个很有意义的课题。本文利用红外吸收光谱、X-射线衍射及扫描电镜等技术方法研究了乌贼骨在磷酸盐溶液体系中的无机矿物相的转化。结果表明乌贼骨中碳酸钙可与磷酸钙进行同晶置换,在有序的基质中生成了堆积更紧密的磷酸钙矿物。