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当归水溶性制备液在磨损颗粒诱导的骨溶解中的作用

杨重飞  
【摘要】:人工关节置术是目前公认的治疗人体各关节终末期病变的最佳方法。经过一百多年不断实践、改良,再加上现代科技与人工关节假体在外形设计、制造材料、制造工艺、生物相容性、固定方式等多个方面的融合,使得现代人工关节假体在植入人体后使用寿命明显延长、并发症显著减少。但长时间随访研究发现,在部分患者中,人工关节假体即使在正常使用情况下,仍然会随着使用时间的延长发生松动,影响手术疗效。以往的研究认为这种假体松动的发生多与假体放置位置不佳、假体与相邻骨组织贴合不紧密或植入假体存在微动等生物力学因素相关。但近年来通过对于取出的松动假体及其周围组织的分子生物学和细胞生物学研究发现,人工关节置换术后假体无菌性松动的发生主要是由于内植物磨损产生的碎屑诱导的假体周围组织、细胞的一系列生物学反应所致。这一系列反应主要包括,假体磨损碎屑的产生、巨噬细胞的聚集、磨损碎屑的吞噬、促炎细胞因子的释放、破骨细胞的生成、破骨细胞的骨吸收等。在这一系列反应过程中,磨损颗粒诱导的局部无菌性炎症反应起到承上启下的作用。巨噬细胞吞噬磨损颗粒后释放大量促炎细胞因子,其中以TNF-α和IL-1β最为重要,它们可以通过多种细胞信号传导通路调节破骨细胞的形成和分化,并与骨溶解发生过程中的关键分子RANKL起协同作用,最终介导破骨细胞的骨吸收作用。而目前对于人工关节置换术后假体无菌性松动的治疗仍主要使用翻修手术,这不仅消耗了大量的社会医疗资源,而且增加了患者痛苦,增大了手术风险。为了解决这一问题,目前越来越多的研究者开始关注使用适当的药物对人工关节置换术后磨损颗粒诱导的骨溶解进行治疗。本研究旨在通过对当归水溶性制备液对于磨损颗粒诱导的巨噬细胞释放促炎细胞因子的抑制情况、以及当归水溶性制备液对于磨损颗粒诱导的小鼠颅骨骨溶解的抑制情况的观察,阐明当归水溶性制备液是否能够在磨损颗粒诱导的骨溶解发生过程中起到通过抑制促炎细胞因子的释放作用,并且进一步地抑制破骨细胞的生成,抑制骨溶解的发生。 通过培养小鼠巨噬细胞系RAW264.7细胞,观察UHMWPE磨损颗粒在细胞培养条件下是否可以诱导巨噬细胞吞噬,并刺激巨噬细胞释放促炎细胞因子。观察当归水溶性制备液在体外培养的条件下是否具有明显的细胞毒性。观察不同浓度的当归水溶性制备液对于UHMWPE磨损颗粒诱导释放的促炎细胞因子的抑制作用;使用UHMWPE磨损颗粒和C57BL/6J小鼠制造小鼠颅骨骨溶解模型,观察不同剂量的当归水溶性制备液能否在体内实验的条件下抑制由于巨噬细胞吞噬UHMWPE磨损颗粒后诱导的促炎细胞因子的释放,并通过组织学切片观察其能否抑制小鼠颅骨骨溶解的发生;通过高分辨率显微CT扫描分析由不同浓度当归水溶性制备液治疗的颅骨骨溶解小鼠标本,通过扫描数据的三维重建比较各组之间骨组织计量学指标的不同,更加精确地反映出当归水溶性制备液的疗效。 体外细胞培养结果显示,当归水溶性制备液对于小鼠巨噬细胞系RAW264.7细胞没有毒副作用,并且可以明显抑制其在UHMWPE磨损颗粒诱导下的促炎因子的产生;在使用腹腔注射当归水溶性制备液治疗UHMWPE磨损颗粒诱导的小鼠颅骨骨溶解时发现,低剂量药物虽然可以降低促炎细胞因子的产生、破骨细胞的形成和骨溶解的面积,但经统计学分析发现与阳性对照组没有显著性差别。而在使用高剂量药物治疗时,促炎细胞因子浓度、破骨细胞数量和骨溶解面积均显著减少,骨溶解相关指标与药物浓度之间存在明显的剂量依赖关系;在使用更为精确地显微CT对于小鼠颅骨标本进行扫描,并数据重建分析后发现,反应小鼠颅骨骨质量相关的BMC、BMD、BV/TV、CMT等参数也显示出与二维切片观察数据相同的趋势。 人工关节置换术是解决终末期关节疾病的最佳手段,植入假体远期无菌性松动是目前影响关节置换术临床疗效的最主要术原因。目前已经有诸如TNF-α抑制剂、二膦酸盐类药物、骨保护素(OPG)、RANKL-RANK信号通路抑制剂、非甾体类抗炎药、四环素类药物、可注射细胞因子等多种药物进行了动物或临床试验,但仍然没有找到一种能够有效地抑制磨损颗粒诱导的假体周围骨吸收作用的药物。本实验通过对于中药当归水溶性制备液的研究发现,其可以在体外细胞培养和体内动物实验的条件下,通过抑制巨噬细胞释放促炎细胞因子,进而抑制破骨细胞生成和骨溶解发生,为使用药物治疗人工关节置换术后磨损颗粒诱导的假体周围骨溶解提供了新的可能的研究方向。


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