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金属生物医学材料镍钛合金，由于具有良好的力学、物理、化学性能，以及形状记忆的智能特性，在人体矫形、介入性治疗、牙科、面部治疗等医学领域得到了广泛的应用。但是，镍钛合金中约含有56wt％的镍元素，其在体内释出的镍离子对生物体潜在的危险没有排除。为了使镍钛合金材料在生物体内的使用更加安全可靠，需要对镍离子的生物相容性进行长期深入的研究。
本论文的研究目的之一是在细胞毒性实验的基础上，采用基因表达芯片技术和生物信息学以及RT-PCR验证的研究方法，从基因组水平上探索Ni<2+>离子对细胞的分子毒性机理，评价其分子生物相容性。研究目的之二是探索研究生物材料与机体相互作用的机理的新途径，为建立基于基因表达芯片技术的生物材料相容性评价的新方法打下基础。
本论文的研究内容如下：
1．采用MTT法评价了100、200、300μM的镍离子(Ni<2+>)溶液处理小鼠结缔组织成纤维细胞L929细胞12h、24h、36h、48h、60h、72h后的细胞毒性。实验结果表明，Ni<2+>离子在100μM的浓度下对L929细胞的毒性较低，仅在处理时间达到72h时毒性级别达到1级；200μM Ni<2+>离子在处理12h～36h时毒性影响较小，为0级毒性，处理48h～72h时毒性影响增加，为1级毒性；300μMNi<2+>离子毒性较前两个浓度有明显的增强，处理24h时毒性级别即达到1级，处理时间48h以上时毒性均为2级。总体来说，细胞毒性随着镍离子处理浓度的增加而增强，随着镍离子处理时间的增加而增强，具有浓度．时间的依赖性。
2．采用流式细胞仪检测了100、200μM Ni<2+>处理L929细胞24h、48h、72h后对细胞周期的影响。实验结果表明，Ni<2+>作用24h时，两个浓度组G<,0>/G<,1>期细胞所占的比例较阴性对照组有所下降，S期和G<,2>/M期细胞所占的比例有所上升，其中S期细胞比例上升更为明显，说明此时Ni<2+>有促进细胞周期由G<,0>/G<,1>期向S期转移的作用。但是随着镍离子作用浓度的增加，这种转移能力减弱。而当Ni<2+>作用时间达到48h和72h的时候，两个浓度组G<,0>/G<,1>期细胞所占的比例增加，S期和G<,2>/M期细胞所占的比例则相应减少，说明在这两个时间点上Ni<2+>可能诱导了L-929细胞停留在G<,0>/G<,1>期，减少了S期细胞，从而使细胞增殖减慢。
3．根据MTT实验结果，选用100μM浓度的Ni<2+>离子溶液分别处理L929细胞不同的时间(12h、24h、48h和72h)，以及200μM浓度的Ni<2+>离子溶液处理L929细胞12h后，提取其细胞总RNA，同时提取了正常细胞的总RNA作为对照，并经质检合格，以用于基因表达芯片实验。
4．采用BioStarM-140s芯片(含14112个基因)，分别以100μM浓度的Ni<2+>离子溶液处理L929细胞12h、24h、48h和72h，200μM浓度的Ni<2+>离子溶液处理L929细胞12h后的细胞总RNA作为实验组(共5个实验组)，以正常细胞总RNA为对照组进行了基因表达芯片实验。每个实验组采用两张同型号的芯片在同样的实验条件下进行重复。实验结果表明，在上述5个实验组中发生差异表达的基因数分别为：708个、121个、97个、463个和452个，其中有效的差异表达基因数则分别为：635个、106个、85个、415个和403个。
5．在基因表达值Ratio分析以及基因功能分析的基础上，筛选出了11个基因对其表达水平进行荧光定量RT-PCR的验证。验证结果显示，有8个基因的表达情况与芯片结果完全一致。说明通过荧光定量RT-PCR实验技术，大部分基因的表达可以获得验证。
6．采用Cluster& TreeView对5个实验组的差异表达基因(共1201个基因)进行层次聚类分析，发现：100μM Ni<2+>处理24h实验组与100μM Ni<2+>处理48h实验组的基因表达差异情况最为相似，其余三个实验组的差异表达情况则各有差异。100μM Ni<2+>处理12h、24h、48h和72h后的基因表达时间模式分析显示，上调组中基因表达模式共有14种，下调组中基因表达模式共有11种。两者在表达模式的分布上存在着一定的差异，并且，在同一表达模式中的基因富集程度也存在不一致性。
7．利用基于GO(Gene Ontology)基因功能分类体系的GoSurfer、FatiGO+软件，通过差异表达基因的富集程度来寻找实验条件相关的基因功能类。分析结果显示，差异表达基因较为富集的几个功能类有代谢、定位、细胞通讯、生物学过程的调节、蛋白质结合、离子结合、核酸结合、水解酶活性、核苷酸结合、转移酶活性等。
8．采用GenMAPP(Gene MicroArray：Pathway Profiler)软件对5个实验组中的差异表达基因参与的路径进行了分析，发现在Local MAPPs包含的79个路径中，有差异基因表达的路径共57个。其中，包含差异表达基因数大于14个的路径共有6个，分别为：粘着斑、胰岛素信号、mRNA处理的结合过程、电子传递链、核糖体蛋白质、平滑肌收缩。对这6个路径进行差异表达基因详细信息及相关文献的查询，综合分析后，对Ni<2+>离子分子水平上的毒性机理进行了初步分析。