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《重庆大学》 2002年
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周期性机械拉伸对大鼠成骨细胞生理活性和力学性质的影响

唐丽灵  
【摘要】: 本文采用生物力学、细胞生物学、细胞动力学等方法,研究周期性拉伸刺激对成骨细胞生理活性和力学性质的影响,并对成骨细胞对力学信号的响应机理作了探讨。主要工作和结论如下: (1)采用消化法从初生大鼠的颅盖骨中分离、培养成骨细胞。 (2)使用四点弯曲加载装置对大鼠颅盖骨分离出的细胞施加周期性拉伸应变,应变水平分别为500με、1000με和1500με,工作频率为0.4Hz,研究周期性拉伸刺激对成骨细胞在不同应变水平和加载时间的条件下的生化响应以及力学性质的影响。结果表明: a)应变分别为500με、1000με和1500με,频率为0.4Hz的周期性拉伸刺激影响大鼠颅盖骨中分离出的成骨细胞的生理活性。其中500με的应变水平能够促进成骨细胞的增殖、Ⅰ型胶原合成、胞外钙基质分泌、碱性磷酸酶活力和骨钙素合成。而1000με和1500με的应变水平抑制了成骨细胞的增殖、Ⅰ型胶原合成、胞外钙基质分泌、碱性磷酸酶活力和骨钙素合成。1500με的拉伸对成骨细胞的抑制作用比1000με的拉伸更明显。拉伸对成骨细胞生理活性的影响(促进或抑制作用)随加载时间的增加而增加。成骨细胞对周期性拉伸刺激的响应表现出在增殖、基质合成和分化、矿化上的一致变化。 b)利用微管吸吮技术研究应变分别为500με、1000με和1500με,频率为0.4Hz的周期性拉伸刺激对大鼠颅盖骨中分离出的成骨细胞的力学特性的影响。拉伸使成骨细胞的粘附力和铺展面积增加。而且细胞的粘附力和铺展面积随应变的增加而增加。加载时间对细胞的粘附力和铺展面积的影响不明显。 (3)首次设计了应变水平成梯度增加的方式,使成骨细胞在500με下加载2小时后,将应变增加到1000με加载2小时,最后再将应变升高到1500με加载2小时。以这种方式探讨成骨细胞对变化的力学环境的响应情况。结果表明: a)成骨细胞所处的力学环境从适宜的力学环境(500με)变化到不利的力学环境时(1000με以上),细胞能够将其生理活性迅速地调节至新的力学环境下的状态,表现出细胞增殖、Ⅰ型胶原合成、胞外钙基质分泌、碱性磷酸酶活力和骨钙素合成的急剧变化。说明细胞能够识别不同的力学环境并作出相应的生化活性的调整。 WP=6 b)应变水平成梯度增加的方式对成骨细胞力学性质的影响表现出与生理活性方面的响应相同的趋势。细胞在力学环境发生变化时粘附力和铺展面积都有明显变化。 (4)胞内钙离子在细胞的力转导过程中其重要作用。本文用荧光探针研究了成骨细胞响应拉伸应变时胞内钙离子浓度的变化。对成骨细胞胞内钙离子浓度的测量表明,在周期性拉伸刺激作用下,成骨细胞表现出胞内钙离子浓度的升高。用钙通道抑制剂(三七总皂苷)处理细胞后再加载的结果证实胞内钙离子浓度的升高部分来源于胞外钙的内流,部分来源于胞内钙库的释放,其中胞外钙的内流起主要作用。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:R318.01

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