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【6h】

TiO2颗粒对成骨细胞和骨组织影响的实验研究

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摘要

目的:二氧化钛(TiO2)纳米材料在骨缺损修复材料及种植体领域中有较好的应用潜力,TiO2纳米材料在体内能够释放出TiO2纳米颗粒,而TiO2纳米颗粒骨组织安全性的相关研究报道较少,尤其缺乏对不同粒径纳米颗粒生物效应差异的研究。本研究结果有助于认识纳米颗粒对成骨细胞及骨组织所造成的影响,探索TiO2纳米颗粒的粒径、浓度对其生物效应的影响,为纳米级骨材料的研究及TiO2纳米颗粒的安全性评价提供实验依据。
　　方法:(1)体外TiO2颗粒与小鼠成骨细胞MC3T3联合培养,采用透射电镜、MTT、凋亡试剂盒、实时定量PCR等经典指标,观察TiO2颗粒浓度和粒径对成骨细胞增殖、凋亡及炎症效应的影响。(2)体外将TiO2颗粒与MC3T3细胞长时间联合培养,采用碱性磷酸酶活性、钙沉积量及实时定量PCR等方法,观察TiO2颗粒对成骨细胞成骨功能及细胞显型的影响。(3)制作颗粒诱导小鼠颅骨溶解模型,同体积TiO2颗粒悬液置于小鼠头颅骨上,采用Micro-CT、HE染色法,观察TiO2颗粒对骨组织的毒性。
　　结果:(1)TiO2颗粒能够抑制MC3T3细胞活性,随颗粒粒径减小、浓度升高及作用时间增加抑制作用增强。浓度达到100μg/ml后,颗粒能引起细胞线粒体损伤及凋亡,且小粒径TiO2纳米颗粒对细胞损伤最明显。TiO2纳米颗粒能明显提高MC3T3细胞GM-esf,G-cs咽子的表达,小粒径纳米颗粒显著升高细胞GM-cs咽子的表达。(2)TiO2纳米颗粒组MC3T3细胞铺展较微米颗粒组好,且TiO2颗粒能诱导细胞骨架出现与细胞凋亡相关改变。TiO2颗粒可抑制成骨细胞矿化,随颗粒粒径减小、颗粒浓度升高抑制作用增强。TiO2颗粒作用于细胞后,细胞Runx2、OSX、RANKL、M-cs趿OPN的表达明显升高,细胞ALP及OCN的表达却没有相应升高,且100μg/ml的TiO2颗粒能明显抑制细胞ALP及OCN的表达。(3)TiO2纳米颗粒能够导致骨组织炎症及骨溶解,而TiO2微米颗粒骨组织炎症反应及骨溶解不明显。
　　结论:
　　(1)体外实验,TiO2颗粒具有一定的MC3T3细胞毒性,TiO2纳米颗粒,尤其是粒径＜10 nm,细胞毒性显著。
　　(2)体外实验,高浓度TiO2颗粒能够抑制MC3T3细胞矿化。TiO2颗粒作用于细胞后,细胞显型从合成表型转为分解表型,且表型转变与Runx2有关。
　　(3)体内实验,TiO2微米颗粒骨组织相容性较好,TiO2纳米颗粒具有明显的骨组织毒性,能引起骨组织溶解。

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