發(fā)布時(shí)間：2019-08-08 11:45

【摘要】：單分散、球形納/微米生物活性玻璃顆粒(NMBGs)作為藥物載體、基因載體、骨組織工程支架和創(chuàng)面修復(fù)材料都具有廣闊的應(yīng)用前景,但其對細(xì)胞學(xué)性能的影響沒有得到系統(tǒng)的研究,特別是球形生物活性玻璃顆粒的粒徑對細(xì)胞性能的影響至今未見報(bào)道。本論文以十二胺為催化劑和模板劑,通過控制十二胺的濃度可精確控制生物活性玻璃微球的粒徑從61 nm到1085 nm。制備的生物活性玻璃具有完美的球形形態(tài)、單分散性好、粒度分布范圍窄且具有多級結(jié)構(gòu)。NMBGs顆粒中Ca2+主要分布在表面,形成一個(gè)陽離子殼層。在模擬體液(SBF)中的降解實(shí)驗(yàn)顯示,Ca的離子濃度在1d時(shí)達(dá)到峰值,Si離子釋放3 d時(shí)達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的階段,并且3 d時(shí)顆粒表面有大量的針狀羥基磷灰石晶體附著,將顆粒連接在一起。細(xì)胞毒性研究顯示,NMBGs(從Group-61nm到Group-1085nm)對MC3T3-E1細(xì)胞代謝活性及細(xì)胞增殖能力的影響具有粒度、濃度和時(shí)間依賴效應(yīng),粒徑越大濃度越高的顆粒會(huì)引起更大的細(xì)胞毒性。而隨著共培養(yǎng)時(shí)間的延長,與低濃度(50μg/m L)和小粒徑生物活性玻璃顆粒(Group-61nm,Group-174nm和Group-327nm)共培養(yǎng)的細(xì)胞活性反而能部分恢復(fù),說明NMBGs對細(xì)胞代謝和增殖能力的影響不是永久性行為。細(xì)胞凋亡實(shí)驗(yàn)顯示,只有150μg/m L的NMBGs會(huì)引起明顯細(xì)胞凋亡,且細(xì)胞凋亡除Group-61nm組外也具有粒度依賴效應(yīng),粒徑的越大的顆粒引起的細(xì)胞凋亡越明顯。細(xì)胞形態(tài)的改變也具有粒度、濃度和時(shí)間依賴效應(yīng),粒徑越大濃度越高的顆粒會(huì)引起細(xì)胞更大的形態(tài)改變(100和150μg/mL濃度下,Group-743nm組、Group-990nm和Group-1085nm組細(xì)胞量少,細(xì)胞皺縮成團(tuán),單個(gè)細(xì)胞瘦長且細(xì)胞核不夠清晰,細(xì)胞有大量的色素凝聚或是染色質(zhì)的固縮),而在低濃度組(50μg/m L)和小粒度組(Group-61nm,Group-174nm和Group-327nm)隨共培養(yǎng)時(shí)間的延長,細(xì)胞形態(tài)的改變能部分恢復(fù)。細(xì)胞微觀結(jié)構(gòu)的改變也具有粒度依賴性,隨著粒徑增大運(yùn)輸泡增多,微絨毛變少,線粒體脊變得模糊。MC3T3-E1細(xì)胞通過吞噬的形式實(shí)現(xiàn)NMBGs的內(nèi)在化,通過運(yùn)輸泡運(yùn)輸顆粒。NMBGs通過MC3T3-E1細(xì)胞核周邊的細(xì)胞膜粘附并被吞噬,而不會(huì)被細(xì)胞核上方的細(xì)胞膜吞噬。吞噬顆粒的尺寸受細(xì)胞大小和細(xì)胞內(nèi)空間的限制。進(jìn)入細(xì)胞后,小顆粒(Group-61nm和Group-174nm)被溶酶體吞噬并傾向于滯留在溶酶體內(nèi),將被逐步降解,大顆粒(粒徑大于174nm)將從溶酶體逃逸進(jìn)細(xì)胞質(zhì),引起溶酶體破裂而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。顆粒在細(xì)胞內(nèi)的降解實(shí)驗(yàn)顯示,NMBGs被細(xì)胞吞噬后,Ca離子最先從NMBGs中釋放出來,在10 d時(shí)可釋放完全。磷酸根也從玻璃網(wǎng)絡(luò)中解離下來進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中并在7 d時(shí)釋放完。Si-O網(wǎng)絡(luò)在細(xì)胞內(nèi)遭到層層瓦解剝離,在此過程中NMBGs基本維持近似球形或橢球形形貌,邊緣和表面變得粗糙,最后在細(xì)胞質(zhì)中形成一些模糊的痕跡,則整個(gè)顆粒被降解掉。NMBGs在細(xì)胞內(nèi)的不同位置降解程度不同,在胞內(nèi)體內(nèi)相比在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)降解的更快。細(xì)胞在材料上粘附的形態(tài)學(xué)研究顯示,細(xì)胞完全平鋪在材料上,相比Blank鋪展程度更好,說明NMBGs(除Group-1085nm組)對細(xì)胞的鋪展還是非常有利的。Group-1085nm組和Group-77S組會(huì)導(dǎo)致粘附在材料上的細(xì)胞部分破裂,造成細(xì)胞的死亡,這說明大顆粒不利于細(xì)胞的粘附。細(xì)胞在30min時(shí)可以部分吞噬NMBGs,在顆粒濃度為150μg/m L時(shí)細(xì)胞的粘附性具有粒徑依賴性,隨著顆粒尺寸的增大,4h時(shí)粘附的細(xì)胞數(shù)量下降,特別是Group-990nm組和Group-1085nm組與Blank相比其下降的程度具顯著性差異(p0.05)。NMBGs的內(nèi)吞會(huì)破壞細(xì)胞的微絲或阻礙微絲的重構(gòu)。微絲的破壞程度和顆粒的粒徑之間存在一定的依賴性關(guān)系,粒徑越大微絲破壞程度越大,NMBGs對微絲的破壞程度與細(xì)胞遷移程度基本一致。在10%FBS濃度下,遷移實(shí)驗(yàn)主要受顆粒粒徑的影響。50μg/m L的濃度下,細(xì)胞的遷移性基本表現(xiàn)出粒徑依賴性,即隨著顆粒粒徑的增大遷移速度下降但無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。NMBGs各組細(xì)胞-細(xì)胞連接完整。Group-77S組因?yàn)轭w粒的沉積使細(xì)胞-細(xì)胞之間的連接變得不夠緊密,且沉積在劃痕區(qū)的顆粒阻礙了龍頭細(xì)胞的遷移速率導(dǎo)致整體遷移速率的降低。通過以上分析我們得出,球形的納/微米生物活性玻璃粒徑在61 nm到327 nm,濃度低于100μg/m L時(shí)更安全。因此,這種粒徑和濃度的納/微米生物活性玻璃球形顆粒做為藥物、基因載體或組織工程支架材料更有應(yīng)用前景。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：R318.08

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：2524345