淫羊藿苷缓释涂层修饰的三维多孔碳支架材料对成骨细胞调控机理的研究

材料成分、形貌与细胞行为（附着、增殖等）间的相互作用关系是当前生物材料领域的热点问题，其中材料调控细胞的基本理论被称为"outside-in signaling"（胞外-胞内信号传导）机理。目前学术界针对该机理的研究都基于二维平面细胞培养模式，尚未在三维立体细胞培模型中对该机理进行研究，但为了使研究更接近真实生命状态，就必须在三维细胞培养模型中对材料与细胞相互作用信号传导机理进行深入研究。为此，本项目拟制备三维通孔网络结构的多孔碳支架，再在其表面修饰含淫羊藿苷的PHBV中药缓释涂层，在微观材料学和细胞、分子生物学层面上，从全新的维度研究三维立体中药缓释多孔碳复合支架材料对体外骨细胞培养过程中附着、增殖、分化及功能的影响与作用，以深刻揭示三维培养模型下该多孔碳复合支架材料对细胞行为的"outside-in signaling"作用机理。

在更接近真实生命状态的三维立体细胞培养模型中进行生物材料性能调控成骨细胞行为机理（“outside-in signaling”）的研究对组织工程具有重要的意义。本项目以载药PHBV/多孔碳支架体系作为三维细胞培养模型，研究三维立体中药缓释支架材料对体外骨细胞培养过程中附着、增殖及功能的影响与作用，揭示三维培养模型下中药缓释涂层对细胞行为的“outside-in signaling”作用机理。主要成果有：.（1）通过发泡法、模板法制备多孔碳支架，该支架具有良好的三维连通网络结构。体外细胞实验发现支架具有良好的生物相容性。并通过溶剂挥发法在多孔碳支架表面修饰载药PHBV涂层，成功制备载药PHBV/多孔碳支架，该支架保留了碳支架的三维结构。药物释放实验表明，载药PHBV/多孔碳支架同样具有与PHBV支架相同的可控药物释放行为。体外细胞实验发现，载药PHBV/多孔碳支架能明显增强成骨细胞的增殖。.（2）药物释放曲线表明，载药多孔支架未出现药物突释现象。体外细胞培养实验发现，与传统细胞培养板相比，载药多孔支架显著促进MG-63细胞与MC3T3-E1细胞的增殖。同时发现淫羊藿苷的作用方式主要是通过细胞膜直接被细胞吸收，而不是通过释放到培养液中发挥作用。.（3）根据淫羊藿苷主要是通过细胞膜接触直接作用于细胞，进一步在分子生物学水平上研究其对体外培养骨细胞附着、增殖及功能的影响，揭示其调控MG-63细胞行为的机理（“outside-in signaling”）：三维载药多孔支架通过强化FN与TGF-β1基因转录水平，增强细胞外基质形成，促进细胞粘附；在前期增殖行为中诱导了一些生长因子与细胞外基质相关基因的转录，最后强化细胞外基质基因BGN转录行为，提高细胞外基质对生长因子的锚定作用，而三维空间结构在细胞增殖期间抑制TGF-β1和Col-I转录。.综上所述，本项目系统研究了多孔碳支架、PHBV载药薄膜、PHBV载药支架以及载药PHBV/多孔碳支架的制备与表征，并研究了其对成骨细胞附着、增殖及功能化的影响，揭示体外三维培养模型下材料对细胞应答的“outside-in signaling”机理，为药理学研究、基因工程、生物制药工程及细胞工程等的发展提供新的科学依据。.