贝尼地平对成骨细胞功能影响及其纳米载药系统的生物应用

来源 :吉林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangzhujiaqiao
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高血压是中老年人群中的常见疾病,有调查显示中国成年人中高血压患病率接近20%,这一比例随着我国老龄化社会的进程而不断提高。口腔种植及修复的患者当中,中老年人所占比例高,因此高血压患者的比重就更大。钙拮抗剂是目前治疗高血压疾病的常用药物,包括使用历史最长、最普遍的硝苯地平(心痛定),以及氨氯地平(络活喜)等。然而此类药物对于常年用药患者的骨质有何影响,是否会减低骨密度,进而影响患者接受口腔种植及修复治疗的疗效;或是能够促进骨质的生成,对骨质疏松具有防治作用,这些都是值得关注并探究的问题。贝尼地平为第二代二氢吡啶类钙拮抗药,常用于治疗高血压和心绞痛。有研究显示贝尼地平能够促进成骨细胞的分化,但未见对其促进成骨作用的系统性研究。本研究通过一系列体外实验评价贝尼地平对于成骨细胞功能的影响,以期望发现贝尼地平除常规降压作用外,还具有促进骨质生成这一新的临床药用价值。同时本实验制备了硅酸镁纳米球,并首次以其作为药物载体,建立载贝尼地平药物的硅酸镁纳米载药系统,以提升贝尼地平促进成骨的作用效果,并增强其作为局部治疗药物的稳定性,为贝尼地平促进成骨作用的临床应用提供理论依据。此外本实验中还首次以硅酸镁纳米球作为化疗药物载体,制备载阿霉素药物的硅酸镁纳米载药系统,评价其载药性能及药物释放特性,并通过体外及体内实验探究其抑制肿瘤的作用效果,为该纳米载药系统的临床应用提供理论基础。1.贝尼地平对成骨细胞功能的影响目的:采用MC3T3-E1Subclone14小鼠前成骨细胞系作为成骨细胞模型,系统性评价贝尼地平在体外对成骨细胞功能的影响。方法:配制浓度为10-10~10-4mol/L的贝尼地平(benidipine,BD)梯度药物溶液,通过MTT法检测BD对MC3T3-E1细胞增殖活性的影响,筛选促进该细胞增殖的药物浓度区间进行后续实验。通过ALP活性水平及茜素红染色检测BD对MC3T3-E1细胞分化活性及矿化能力的影响,并通过RT-PCR及Western Blot检测BD对于MC3T3-E1细胞BMP2、OCN及Runx2mRNA和蛋白表达水平的影响。结果:BD浓度为10-5~10-4mol/L时对细胞增殖具有抑制作用,在较低浓度10-10mol/L时对细胞的增殖无显著影响,而浓度区间于10-9~10-6mol/L时该药物能够显著促进细胞的增殖,因此筛选此浓度区间进行后续实验。浓度区间于10-9~10-6mol/L的BD能够提高MC3T3-E1细胞ALP的活性水平及矿化能力,其中浓度为10-7mol/L时作用效果最为显著。同时此浓度区间的BD也能够上调MC3T3-E1细胞BMP2、OCN及Runx2mRNA和蛋白的表达水平。结论:浓度为10-9~10-6mol/L的BD能够促进MC3T3-E1细胞的增殖、分化及矿化,并能上调该细胞BMP2、OCN及Runx2mRNA和蛋白的表达水平。其中浓度为10-7mol/L的BD体外促进成骨的作用效果最为显著。2.硅酸镁纳米球的制备及其生物相容性的研究目的:制备硅酸镁纳米球(magnesium silicate nanospheres,MSNs),检测该纳米材料的形貌结构特征,并通过体外及体内各项实验评价其生物相容性,为后续实验中MSNs载药系统的建立及应用提供理论基础。方法:采用经典St ber法合成二氧化硅胶体球,并以此材料为前体制备MSNs。采用扫描电镜、透射电镜观察MSNs的形态结构,EDS分析MSNs元素组成,XRD分析MSNs衍射图谱,获取材料的结构信息。判断MSNs表面孔隙特点,并计算出其比表面积及外壳表面的孔径尺寸。细胞形态观察、MTT法及溶血实验检测MSNs的体外毒性,并将MSNs通过尾静脉注入小鼠体内,通过对小鼠30天内体重和行为的观察,组织学及血液学等检测手段评价MSNs的体内毒性。结果:本实验所合成的MSNs为大小均一,直径约400nm的空心球体结构,比表面积为498m2/g。其表面具有介孔结构,平均直径为4.32nm。体外实验表明,浓度为200μg/ml的MSNs对细胞形态及活性均无显著影响,且溶血率小于1%。体内实验中,MSNs在小鼠脾脏及肝脏累积最多。100mg MSNs/kg的剂量条件下,小鼠的体重、行为、血液学及主要脏器的组织学检测均显示MSNs没有显著毒性。结论:本实验所制备的空心MSNs具有较高的生物相容性及较低的毒性,可以作为一种安全、高效的纳米药物载体。该纳米材料在纳米载药系统的应用中有着巨大的潜力。3.载贝尼地平硅酸镁纳米球对成骨细胞功能的影响目的:制备载贝尼地平药物的硅酸镁纳米球(BD-MSNs),探讨该纳米载药系统对于成骨细胞增殖、分化及矿化的作用,为其日后促进成骨作用的相关临床应用提供理论基础。方法:制备BD-MSNs纳米载药系统并测定其载药量。以含有BD浓度为10-7mol/L的BD-MSNs为实验浓度,观测该浓度纳米载药系统对于MC3T3-E1细胞形态的影响,并通过MTT法、ALP活性水平及茜素红染色检测BD-MSNs对MC3T3-E1细胞增殖、分化及矿化水平的影响,并以相同浓度BD做为对照,比较该纳米载药系统促进成骨作用的优越性。结果:所制备的BD-MSNs载药量为450mg/g,即当BD浓度为10-7mol/L时,所含MSNs浓度为12.04μg/ml,且该浓度下BD-MSNs对于MC3T3-E1细胞形态无显著影响。与相同浓度单纯BD药物相比,BD-MSNs能够显著促进MC3T3-E1细胞的增殖、分化及矿化。结论:本实验所制备的BD-MSNs具有良好的生物安全性,体外实验证实BD-MSNs纳米载药系统较单纯BD药物促进成骨的作用更为显著。4.载阿霉素硅酸镁纳米球在抗肿瘤治疗中的应用目的:以硅酸镁纳米球(MSNs)作为药物载体,制备载阿霉素(DOX)的纳米载药系统(DOX-MSNs),测定其载药性能及药物释放特性,通过体外及体内实验检测其抑制肿瘤的作用效果。方法:分别将不同浓度的DOX药物溶解于pH为5~8的溶液中,每份样品中加入MSNs10mg,搅拌以制备不同载药量的DOX-MSNs,并检测载药量及药物释放特性。选择HepG2细胞作为肿瘤细胞模型,细胞内吞实验检测MSNs在HepG2细胞中的聚集情况,通过MTT法检测该纳米载药系统于体外对肿瘤细胞的抑制效果。建立荷瘤小鼠的动物模型,通过观测小鼠肿瘤的体积变化及TUNEL试验检测肿瘤细胞凋亡情况,评价DOX-MSNs于动物体内抗肿瘤的作用效果。结果:本实验中制备的DOX-MSNs在DOX浓度为500μg/ml,pH为8的条件下载药量最高,达到2140mg/g。24h内DOX-MSNs在pH为5.0条件下药物释放量显著高于pH为7.4条件下的释放量。细胞内吞实验显示MSNs能够进入肿瘤细胞内部并大量聚集于溶酶体中。MTT结果显示DOX-MSNs抑制肿瘤细胞增殖的效果较相同浓度单纯DOX药物的作用效果更为显著。体内实验对于肿瘤体积的观测及TUNEL试验检测肿瘤细胞凋亡的结果也显示DOX-MSNs能够显著抑制肿瘤的生长。结论:本实验制备的DOX-MSNs载药量高,且药物释放具有pH敏感性。MSNs纳米药物载体能够大量聚集于胞内溶酶体中,有利于提高所载化疗药物的作用效果。DOX-MSNs较单纯DOX药物抑制肿瘤生长的作用效果更为显著。
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