流体剪应力对成骨细胞的作用研究

研究了生理范围内不同大小的流体剪切力对成骨细胞增殖分化和功能的影响,从细胞水平验证流体剪切力在骨组织力学适应性中发挥的重要作用。运用流室系统提供精确可控的流体剪切力,对原代培养的大鼠颅骨成骨细胞施以5、10、20、30mN/cm2的剪切力刺激,分别在加载后的3、6、9、12、24、36h采集样品,检测细胞周期分布,碱性磷酸酶活性,胞外钙质分泌的变化。5mN/cm2和10mN/cm2的剪应力促进细胞增殖,进一步增大会有抑制作用,而5、10和20mN/cm2的剪应力对ALP活性和胞外钙分泌均有促进作用,并且与静态培养相比ALP活性高峰期提前,30mN/cm2表现出抑制效应。结果显示成骨细胞的增殖、分化、矿化均能受到剪应力的调节,这种调节表现出对剪应力大小的依赖性。

流体剪应力对成骨细胞OPG和ODF表达的影响

通过平板流动腔装置对大鼠成骨细胞施以流体剪应力,研究剪应力作用对成骨细胞中骨保护因子(osteoprotegerin,OPG),破骨细胞分化因子(osteoclast differentiation factor,ODF)基因表达的影响.分别考察了剪应力大小和作用时间,以及单一水平和梯度变化的剪切力加载方式的影响.运用RT-PCR和蛋白质印迹技术检测OPG、ODFmRNA和蛋白质表达的变化,结果显示,剪切力作用下OPG的表达得到促进,ODF的表达受到抑制,mRNA与蛋白质表达的变化一致,这种影响与剪切力的大小和作用时间有关.1.0和1.5N/m2的剪应力作用效果比0.5N/m2明显,梯度变化的作用方式在作用效果上与最后一个梯度水平相当的恒定剪应力单独作用没有显著差异,在加载的24h内剪应力对OPG、ODF表达的影响始终存在.这种影响使得OPG/ODF的平衡向着OPG占优的方向发展,这种变化意味着骨吸收会受到抑制,提示力学刺激可能通过OPG/ODF调控系统对骨代谢平衡进行调控.

应力作用下成骨细胞内IGF-1的剪接变异及表达

IGF-1能够促进成骨细胞的分化和骨的形成,应力刺激会促进其表达,因此认为IGF-1是联系力刺激与组织局部效应的效应分子.通过设计应力拉伸装置,对成骨细胞施加生理范围内静态和周期性动态拉伸刺激,应用不同的引物,通过RT-PCR扩增IGF-1mRNA,发现受到拉伸刺激的成骨细胞会有选择性剪接的IGF-1变构体产生,该变构体和肌肉中发现的力生长因子(mechano growth factor,MGF)序列一致.进一步通过半定量RT-PCR研究了应力刺激对L.IGF-1(liver-type)和MGF表达的调控.结果显示,拉伸刺激促进了IGF-1的表达,无论是L.IGF-1还是MGF周期性拉伸比静态拉伸具有更大的促进作用.MGF是拉伸刺激敏感的,仅在应力作用的细胞中发现,而且MGF比L.IGF-1更早地达到表达高峰.