本文關(guān)鍵詞：失重性骨質(zhì)流失地基模擬實(shí)驗(yàn)條件建立及生物學(xué)評價(jià)

  更多相關(guān)文章： 模擬失重 骨質(zhì)流失 微載體 羥基磷灰石 尿鈣濃度

【摘要】：隨著空間技術(shù)的發(fā)展,空間生物學(xué)研究越來越廣泛,人們利用空間這一特殊環(huán)境開展了大量的、深入的科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究。該研究不但能夠保證航天員的生命健康,同時(shí)還可以很大程度上造福于我們地面人群。因此,空間生物學(xué)研究被越來越多的研究者重視。本論文旨在對空間失重性骨質(zhì)流失地基模擬實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行建立,并在此基礎(chǔ)上開展生物學(xué)評價(jià)。這主要包括三個方面的研究內(nèi)容:隨機(jī)定位地基模擬失重性骨質(zhì)流失實(shí)驗(yàn)條件的建立及生物學(xué)評價(jià)、抗磁懸浮地基模擬失重性骨質(zhì)流失實(shí)驗(yàn)條件的建立及生物學(xué)評價(jià)、后肢去負(fù)荷地基模擬失重性骨質(zhì)流失實(shí)驗(yàn)條件的建立及生物學(xué)評價(jià)。首先,針對隨機(jī)定位模擬失重性骨質(zhì)流失,我們自主研制一套配套容器。該容器由容器盒,透氣膜,硅膠墊,容器蓋組成。容器具有操作簡單、可重復(fù)使用、培養(yǎng)基用量少、易排出氣泡等優(yōu)點(diǎn)。并通過生物學(xué)實(shí)驗(yàn),我們評價(jià)了配套容器的生物相容性。同時(shí)我們還設(shè)計(jì)了一共培養(yǎng)框架,該框架由繃膜內(nèi)框和繃膜外框組成,將該共培養(yǎng)框架置于配套容器中可實(shí)現(xiàn)隨機(jī)回轉(zhuǎn)條件下細(xì)胞的共培養(yǎng)。其次,針對抗磁懸浮模擬失重性骨質(zhì)流失,我們首先開發(fā)了一套磁腔室環(huán)境控制系統(tǒng),該系統(tǒng)包括二氧化碳濃度配比部分、氣體調(diào)溫調(diào)濕部分和氣體運(yùn)輸保溫部分。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)磁腔室二氧化碳濃度的調(diào)節(jié)、環(huán)境溫度的調(diào)節(jié)以及濕度的調(diào)節(jié),確保細(xì)胞體外培養(yǎng)在嚴(yán)格的環(huán)境控制下進(jìn)行。其次,在實(shí)驗(yàn)環(huán)境可控基礎(chǔ)上,我們建立了微載體/細(xì)胞抗磁懸浮培養(yǎng)方法,使細(xì)胞在大梯度強(qiáng)磁場環(huán)境下自適應(yīng)μg位置,實(shí)現(xiàn)真正意義上的細(xì)胞抗磁懸浮培養(yǎng)方法。并在此方法的基礎(chǔ)上,開展了抗磁懸浮微載體/細(xì)胞對細(xì)胞形態(tài)和功能的研究。來源于鼠顱骨的成骨細(xì)胞系MC3T3-E1接種在Cytodex-1微載體上,細(xì)胞放置在大梯度強(qiáng)磁場的表觀重力為μg,1 g和2 g的位置,對應(yīng)的磁場強(qiáng)度分別為12 T,16 T和12 T,分別檢測細(xì)胞的形態(tài)、增殖、凋亡和周期。研究結(jié)果顯示,強(qiáng)磁重力環(huán)境誘導(dǎo)了細(xì)胞形態(tài)的改變;強(qiáng)磁場環(huán)境促進(jìn)了MC3T3-E1細(xì)胞的增殖;而2 g重力環(huán)境則抑制了細(xì)胞的增殖,促進(jìn)了caspase-3活性,同時(shí),2 g組細(xì)胞周期被阻滯在G0/G1期。最后,在細(xì)胞/微載體抗磁懸浮實(shí)驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上,為了使骨細(xì)胞生長基底更接近體內(nèi)真實(shí)生長環(huán)境,我們制備了羥基磷灰石微載體并進(jìn)行了生物相容性評價(jià)。實(shí)驗(yàn)采用液相沉淀法制備羥基磷灰石粉末,通過X射線衍射分析儀檢測其相組成;并以該粉末為原料通過噴霧干燥法制備出粒徑合適的羥基磷灰石微載體,掃描電鏡觀察其形貌和粒徑大小;同時(shí)通過檢測微載體浸提液對鈣離子濃度、細(xì)胞毒性、細(xì)胞面積以及細(xì)胞增殖的影響,評價(jià)其生物相容性。結(jié)果表明:微載體首次浸提液中鈣離子濃度、細(xì)胞活性、細(xì)胞面積以及細(xì)胞增殖與對照組相比均有顯著性差異,二次浸提液與對照組相比均無顯著性差異。最后,針對后肢去負(fù)荷模擬失重性骨質(zhì)流失,我們開發(fā)了一套便攜式鈣離子濃度檢測原理樣機(jī),并進(jìn)行生物學(xué)評價(jià)。實(shí)驗(yàn)以大鼠后肢去負(fù)荷為模型,以尿鈣濃度作為主要研究指標(biāo),初步探討了尿液中鈣離子濃度作為早期評價(jià)失重性骨質(zhì)流失間接指標(biāo)的可行性。研究了大鼠后肢去負(fù)荷模型對大鼠的體重、股骨和脛骨的骨密度、股骨骨干質(zhì)量和骨灰質(zhì)量、血清和尿液中鈣離子濃度的影響。結(jié)果顯示大鼠后肢去負(fù)荷一周后體重有明顯下降趨勢,股骨和脛骨的骨密度從第二周開始有顯著性變化,三周后股骨骨干質(zhì)量和骨灰質(zhì)量也有顯著性降低,尿液中鈣離子濃度從第三天開始明顯高于對照組,且第七天時(shí)達(dá)到峰值,之后平穩(wěn)下降,但仍然高于對照組。從骨密度和尿鈣濃度的相關(guān)性分析可知,骨密度和尿鈣濃度存在較好的負(fù)相關(guān)性,且尿液鈣離子濃度反應(yīng)更為及時(shí)、靈敏。綜合以上研究,本論文完成了隨機(jī)定位、抗磁懸浮以及后肢去負(fù)荷模擬失重性骨質(zhì)流失實(shí)驗(yàn)條件的建立及生物學(xué)評價(jià),為后續(xù)進(jìn)一步開展地基模擬失重性骨質(zhì)流失效應(yīng)研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：模擬失重 骨質(zhì)流失 微載體 羥基磷灰石 尿鈣濃度
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V419
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 1 緒論11-35
• 1.1 常用的地基模擬失重效應(yīng)技術(shù)和方法11-15
• 1.1.1 人頭低位臥床模擬失重效應(yīng)方法11
• 1.1.2 鼠后肢去負(fù)荷模擬失重效應(yīng)方法11-12
• 1.1.3 回轉(zhuǎn)器模擬失重效應(yīng)技術(shù)12-13
• 1.1.4 抗磁懸浮模擬失重效應(yīng)技術(shù)13-15
• 1.2 地基模擬失重效應(yīng)技術(shù)在生物學(xué)中的應(yīng)用15-22
• 1.2.1 人頭低位臥床模擬失重效應(yīng)技術(shù)在生物學(xué)中的應(yīng)用16-17
• 1.2.2 鼠后肢去負(fù)荷模擬失重效應(yīng)技術(shù)在生物學(xué)中的應(yīng)用17-18
• 1.2.3 隨機(jī)定位模擬失重效應(yīng)技術(shù)在生物學(xué)中的應(yīng)用18-20
• 1.2.4 抗磁懸浮模擬失重效應(yīng)技術(shù)在生物學(xué)中的應(yīng)用20-22
• 1.3 失重性骨質(zhì)流失檢測技術(shù)22-25
• 1.3.1 失重性骨質(zhì)流失影像學(xué)檢測22-23
• 1.3.2 失重性骨質(zhì)流失骨代謝生化標(biāo)志物檢測23-24
• 1.3.3 空間失重性骨質(zhì)流失檢測方法24-25
• 1.4 失重性骨質(zhì)流失地基模擬實(shí)驗(yàn)條件存在的不足及解決方案25-32
• 1.4.1 隨機(jī)定位模擬失重性骨質(zhì)流失實(shí)驗(yàn)條件存在的不足及解決方案25-26
• 1.4.2 抗磁懸浮模擬失重性骨質(zhì)流失實(shí)驗(yàn)條件存在的不足及解決方案26-31
• 1.4.3 后肢去負(fù)荷模擬失重性骨質(zhì)流失實(shí)驗(yàn)條件存在的不足及解決方案31-32
• 1.5 本論文研究意義和主要研究內(nèi)容32-34
• 1.5.1 本論文研究意義32
• 1.5.2 本論文主要研究內(nèi)容32-34
• 1.6 本章小結(jié)34-35
• 2 隨機(jī)定位模擬失重性骨質(zhì)流失實(shí)驗(yàn)條件建立及生物學(xué)評價(jià)35-43
• 2.1 配套細(xì)胞培養(yǎng)容器盒設(shè)計(jì)及制作35-37
• 2.1.1 材料35
• 2.1.2 設(shè)計(jì)制作方案35-37
• 2.2 配套細(xì)胞共培養(yǎng)框架設(shè)計(jì)及制作37-38
• 2.2.1 材料37
• 2.2.2 設(shè)計(jì)制作方案37-38
• 2.3 生物學(xué)評價(jià)38-41
• 2.3.1 材料與儀器38-39
• 2.3.2 實(shí)驗(yàn)方法39-40
• 2.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果40-41
• 2.4 本章小結(jié)41-43
• 3 抗磁懸浮模擬失重性骨質(zhì)流失實(shí)驗(yàn)環(huán)境建立及生物學(xué)評價(jià)43-55
• 3.1 二氧化碳濃度控制單元設(shè)計(jì)及制作44-45
• 3.1.1 材料44
• 3.1.2 設(shè)計(jì)制作方案44-45
• 3.2 氣體調(diào)溫調(diào)濕單元設(shè)計(jì)及制作45-46
• 3.2.1 材料45
• 3.2.2 設(shè)計(jì)制作方案45-46
• 3.3 氣體循環(huán)水浴保溫單元設(shè)計(jì)及制作46-47
• 3.3.1 材料46
• 3.3.2 設(shè)計(jì)制作方案46-47
• 3.4 配套細(xì)胞培養(yǎng)容器及三點(diǎn)支撐架設(shè)計(jì)及制作47-49
• 3.4.1 材料47
• 3.4.2 設(shè)計(jì)制作方案47-49
• 3.5 生物學(xué)評價(jià)49-54
• 3.5.1 材料與儀器49-50
• 3.5.2 實(shí)驗(yàn)方法50-52
• 3.5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果52-54
• 3.6 本章小結(jié)54-55
• 4 抗磁懸浮模擬失重性骨質(zhì)流失實(shí)驗(yàn)方法建立及生物學(xué)評價(jià)55-71
• 4.1 實(shí)驗(yàn)方法建立56-60
• 4.1.1 材料與儀器56-58
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)方法58-59
• 4.1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果59-60
• 4.2 生物學(xué)評價(jià)-抗磁懸浮細(xì)胞/微載體對細(xì)胞形態(tài)和功能的影響60-67
• 4.2.1 材料與儀器60-61
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)方法61-63
• 4.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果63-67
• 4.3 討論67-69
• 4.4 本章小結(jié)69-71
• 5 抗磁懸浮模擬失重性骨質(zhì)流失培養(yǎng)基底制備及生物學(xué)評價(jià)71-83
• 5.1 羥基磷灰石微載體的制備71-75
• 5.1.1 材料與儀器71-72
• 5.1.2 實(shí)驗(yàn)方法72-73
• 5.1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果73-75
• 5.2 微載體生物學(xué)評價(jià)75-79
• 5.2.1 材料與儀器75-76
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)方法76-77
• 5.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果77-79
• 5.3 討論79-81
• 5.4 本章小結(jié)81-83
• 6 后肢去負(fù)荷模擬失重性骨質(zhì)流失實(shí)驗(yàn)條件建立及生物學(xué)評價(jià)83-97
• 6.1 便攜式鈣離子濃度檢測裝置原理樣機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)83-86
• 6.1.1 電路原理圖設(shè)計(jì)84-85
• 6.1.2 外觀設(shè)計(jì)及操作方法85-86
• 6.1.3 儀器參數(shù)要求86
• 6.1.4 空間在軌具體實(shí)施計(jì)劃86
• 6.2 生物學(xué)評價(jià)-去負(fù)荷大鼠尿鈣濃度檢測作為骨質(zhì)流失評價(jià)指標(biāo)的可行性86-93
• 6.2.1 材料與儀器86-87
• 6.2.2 實(shí)驗(yàn)方法87-90
• 6.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果90-93
• 6.3 討論93-95
• 6.4 本章小結(jié)95-97
• 7 結(jié)論與展望97-99
• 7.1 結(jié)論97-98
• 7.2 展望98-99
• 參考文獻(xiàn)99-107
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和參加科研情況107-109
• 致謝109-111

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