生理水平流体剪应力对三维多孔支架中成骨细胞力学敏感性及黏附、分化的影响

目的 构建可以达到生理剪应力水平的三维流动模型，研究流体剪应力对成骨细胞黏附、分化及力学敏感性的影响。方法 利用灌注式流动腔对生长在β-磷酸三钙（β-TCP）多孔支架内的MC3T3-E1成骨样细胞施加不同强度的流体剪应力6 h，比较加载组和静态组的细胞活性表征细胞黏附；一氧化氮（NO）和碱性磷酸酶（ALP）表征力学敏感性和细胞分化。采用流固非线性耦合的数值计算，获得支架内各流量下的剪应力分布。结果 平均剪应力小于0.4 Pa，细胞的黏附率为74% - 81%；0.41 Pa时，黏附率为60.22%。NO的产生率在加载后5 min达到最大，15 min显著降低，30 min后产生率趋近于0。在0.232 - 0.304 Pa平均剪应力强度范围，ALP水平随着剪应力的升高显著增强（P〈0.01）；而在0.304 - 0.412 Pa范围，剪应力增加对ALP水平的改变无显著影响（P〉0.05）。结论 生理水平剪应力条件下，支架内大部分细胞可以维持正常黏附。三维条件下细胞力学敏感性与剪应力变化率成正比，与二维条件的规律相同。支架内平均剪应力小于0.304 Pa，剪应力显著促进细胞分化；大于这一剪应力，细胞分化水平不再明显变化。该研究有望加快骨组织工程的实现。