[Effect of polydimethylsiloxane matrix elasticity on osteogenic differentiation of rat marrow stromal cells].

聚二甲基硅氧烷 间质细胞 骨桥蛋白 骨形态发生蛋白2 碱性磷酸酶 骨钙素 材料科学 弹性(物理) 生物医学工程 化学 基质(化学分析) 生物物理学 体外 复合材料 病理 免疫学 生物化学 生物 医学
作者
Yue Mu,Jizhi Zhao,Chun Yang,Yan Z,Qian Li
出处
期刊:PubMed 卷期号:52 (8): 492-498
标识
DOI:10.3760/cma.j.issn.1002-0098.2017.08.009
摘要

Objective: To investigate the effect of polydimethylsiloxane (PDMS) matrix elasticity on osteogenic differentiation of rat marrow stromal cells (rBMSC). Methods: A series of PDMS composite substrates with different elastic modulus were constructed by adjusting the relative concentrations of cross-linking agent. The Young's modulus was used to describe the elasticity of PDMS after measurement by atomic force microscope (AFM). After surface modification, rBMSC was seeded on PDMS matrix, and 7 days after rBMSC was cultured on the five different Young's moduli matrix, the differences of osteogenic differentiation of rBMSC were observed by the method of real-time PCR, Western blotting, and alkaline phosphatase assay. Results: The PDMS was suitable for cell culture after surface modification, and by altering the concentration of cross-linking agent, PDMS could mimic the majority of the tissues' elasticity in vivo. The related osteogenic differentiation markers expression showed significant difference between the five matrixes (P<0.05), including type Ⅰ collagen (Col-Ⅰ), osteocalcin (OCN), osteopontin (OPN) and bone morphogenetic protein 2 (BMP2). The expression of osteogenic markers was up-regulated in the group that the Young's modulus was (354.1±40.9) kPa (P<0.05). Conclusions: PDMS is a tunable elasticity matrix which could be used in the investigation of inducing rBMSCs into osteoblastic lineages. PDMS substrate stiffness has an obvious influence on rBMSC osteogenic differentiation.目的: 模拟体内组织弹性微环境,构建聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)基底,探究该基底的弹性模量对大鼠骨髓间充质干细胞(rat bone marrow stromal cells,rBMSC)成骨分化的影响。 方法: 通过调节PDMS基底固化剂及预聚物的比例(质量比1∶10、1∶20、1∶35、1∶60、1∶80)制备5组弹性基底(分别为1∶10、1∶20、1∶35、1∶60及1∶80组);采用原子力显微镜观察并测量基底表面的弹性模量;rBMSC在不同弹性模量基底上诱导培养7 d后,采用实时荧光定量PCR、蛋白质免疫印迹法、免疫荧光染色检测及碱性磷酸酶(alkaline phosphatase assay,ALP)活性测定等方法检测成骨标志物骨桥蛋白、骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein 2,BMP2)、Ⅰ型胶原、骨钙蛋白的蛋白及mRNA表达。 结果: PDMS能模拟生物体内不同组织的弹性,经过表面修饰后,rBMSC在其上贴壁良好,形态规则。培养7 d后,不同弹性基底上rBMSC的4种成骨标志物的表达不同,差异有统计学意义(P<0.05)。1∶20组[弹性模量为(354.1±40.9)kPa],其rBMSC表达的ALP活性显著高于其他4组(P<0.05),其骨桥蛋白、BMP2、Ⅰ型胶原的蛋白表达量(分别为1.80±0.37、1.79±0.28及4.12±0.94),BMP2、骨桥蛋白、Ⅰ型胶原及骨钙蛋白的mRNA表达量(分别为1.30±0.11、1.93±0.29、1.55±0.13及2.56±0.37)均有显著增高的趋势(P<0.05)。免疫荧光染色结果显示,Ⅰ型胶原、骨桥蛋白及骨钙蛋白3种成骨标志物在细胞内部呈阳性表达。 结论: PDMS可满足弹性基底诱导rBMSC骨向分化实验的要求,可作为良好的可观察的实验基底材料,其基底的弹性模量对rBMSC的骨向分化有明显影响。当PDMS弹性模量在特定范围内时,rBMSC向成骨系方向分化最理想。.

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