仿生骨小梁与规则多孔结构骨整合性能的体外细胞学对比研究

目的 探究相同孔隙率和孔径大小的仿生骨小梁与规则多孔结构对成骨细胞黏附、增殖、分化的影响,为钛合金植入体骨整合性能的改良提供理论依据.方法 利用计算机辅助软件生成相同孔隙率和孔径大小的仿生骨小梁与规则多孔结构,采用选择性激光熔融技术将其加工为直径 10 mm、高 3mm 的圆盘状 Ti6Al4V 支架.将处于生长对数期的小鼠成骨细胞前体细胞 MC3T3-E1 接种到两种支架上,分为仿生骨小梁组与规则多孔结构组.取培养 3 h后的支架,进行吖啶橙染色和鬼笔环肽/DAPI染色,评估细胞黏附数量,取培养 3d后的支架进行扫描电镜检查,评估细胞的黏附状态.取培养 1 d、3d、5d后的支架,进行CCK8 检测,观察细胞的增殖情况.取诱导分化 7 d和 14d后的支架,检测碱性磷酸酶(ALP)活性;取诱导分化 14d 后的支架,利用 RT-PCR 检测成骨相关基因(ALP、OCN、RUNX2)的表达量;取诱导分化 30d的支架进行茜素红染色和 100 g/L 氯化十六烷基吡啶溶解矿化结节,定性和定量检测钙盐沉积,评估细胞分化情况.结果 吖啶橙和鬼笔环肽/DAPI染色结果显示仿生骨小梁 Ti6Al4V支架较规则多孔结构黏附更多的 MC3T3-E1 细胞,而且前者细胞骨架分布更为密集.扫描电镜结果显示仿生骨小梁 Ti6Al4V支架上 MC3T3-E1 细胞伪足更长,伸展状态优于规则多孔结构.CCK8 检测显示在第 3 天和第 5 天时,仿生骨小梁钛合金支架上 MC3T3-E1 细胞增殖数量较规则多孔结构明显增加,而且随着时间的增加两者差距逐渐增大,差异具有统计学意义(P＜0.05).细胞分化实验结果显示在 7d和 14d时,仿生骨小梁钛合金支架上的 ALP 活性高于规则多孔结构(P＜0.05);诱导分化 14d时仿生骨小梁钛合金支架上 MC3T3-E1 细胞成骨基因(ALP、OCN、RUNX2)表达量明显高于规则多孔结构(P＜0.05);在诱导分化 30d时,仿生骨小梁钛合金支架钙盐沉积量多于规则多孔结构,差异具有统计学意义(P＜0.05).结论 孔隙率为 65%、等效孔径为 600 μm的仿生骨小梁结构较相同孔隙率和孔径大小的规则多孔结构更利于小鼠成骨细胞前体细胞 MC3T3-E1 在钛合金支架上的黏附、增殖和分化,理论上更利于提升钛合金植入体的骨整合性能.