含铜硫酸钙材料生物学性能及促血管和骨修复相关实验研究

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研究目的血管生成在生物体内损伤修复起着重要的作用。已有动物实验证实硫酸铜能促进角膜血管生成。同时硫酸钙也能促进胫骨骨缺损周围血管形成。另外含铜生物陶瓷材料证实具备促成骨效应。于是本实验制备硫酸铜及硫酸钙复合材料,旨在验证复合材料理化表征及促血管和骨修复效应。方法1、含铜硫酸钙胶合剂的制备、物理表征及体外降解实验通过按照固定固液比例物理混合α-半水硫酸钙粉末和不同浓度的五水硫酸铜溶液,通过制模得到圆柱状含铜硫酸钙复合材料样品。检测材料表征及了解体外降解特性。2、含铜硫酸钙骨水泥对人脐静脉内皮细胞(HUVECs)及骨髓间充质干细胞(BMSCs)增值分化、迁移的影响按照国际标准制备不同浓度复合材料浸提液,以浸提液干预HUVECs及BMSCs,通过CCK-8实验检测细胞增值能力;划痕实验及成管实验检测浸提液对HUVECs迁移和成管能力;PCR(Qrt-PCR)检测相关血管基因(VEGF/HIF-1α/eNOS)和相关成骨分化基因(OCN、ALP、RUNX2 及 BSP)表达;细胞免疫荧光检测相关蛋白(VEGF/HIF-1α)表达;茜素红染色检测浸提液对BMSCs矿化的影响。3、复合材料对大鼠胫骨临界性骨缺损处血管生成及骨修复实验研究对SD大鼠胫骨上端造成临界性骨缺损模型,填充一定浓度的含铜硫酸钙及单纯硫酸钙材料,6周后通过MicroCT对血管造影和骨重建及组织形态学方法,评估含铜硫酸钙复合材料对血管形成及骨修复的效果。结果1、SEM观察材料可见硫酸铜含量越高,表面板状二水硫酸钙结构越明显。复合材料抗压强度随着铜浓度的升高逐渐升高,材料在前三周时降解最快。2、CCK-8实验证明低浓度铜的浸提液对HUVECs及BMSCs有促进增值作用,而高浓度铜浸提液对细胞出现毒性。细胞划痕实验和成管实验表明材料浸提液对内皮细胞有迁移和成管作用。随着铜浓度的升高,相关血管基因(VEGF/HIF-1α)表达明显增加,细胞荧光结果同样证明,而对eNOS基因表达有一定促进作用,但组间不明显;而相关成骨基因表达出现减弱。茜素红实验证明随着铜离子逐渐升高,相对应细胞矿化逐渐减弱。3、血管造影的Micro-CT和CD31免疫组化显示含铜硫酸钙与单纯硫酸钙和空白对照组相比,6周后胫骨骨缺损处血管数量增多;而骨修复能力减弱,但比空白组增强。结论1、低浓度含铜硫酸钙对HUVECs及BMSCs有增值效应,高浓度含铜硫酸钙对细胞有毒性作用,但能促进相关血管基因表达,同时抑制成骨相关基因表达。2、含铜硫酸钙复合材料明显促进SD大鼠胫骨上端骨缺损处血管增生效应,而骨修复能力减弱。
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