生物介质中生成的和人工合成的钙磷酸盐微粒的差异及对细胞分化的影响

生物介质中钙离子和磷酸根离子处于过饱和状态，由于某些病理性因素(如肾功能衰竭所导致的高磷酸血症)减低了使钙磷酸盐处于溶解状态的调节因素的调节能力，就会有钙磷酸盐微粒从生物介质中生成。生物介质中形成的磷酸钙盐微粒是一种钙磷酸盐-蛋白的复合物，它们一方面可能会被动沉积于细胞外基质中，另一方面也可能通过作用于血管平滑肌细胞、骨髓基质细胞，使得它们向不同的方向进行分化，从而成为导致血管钙化与骨质疏松发生的因素之一。基于以上发现，本项目拟以生物介质中形成的磷酸钙微粒为模型，研究其与人工合成的羟基磷灰石微粒组成、结构上的差异，并且考察这些微粒对血管平滑肌细胞和骨髓基质细胞分化的影响。同时研究金属离子对生物介质中钙磷酸盐微粒的生成和生物效应的影响。本项目的实施为阐明生物介质中形成的钙磷酸盐微粒在肾衰竭患者血管钙化和骨钙化方面的作用，提供细胞层次的实验依据。

按照原计划研究了在高磷条件下生成钙磷钙磷酸盐的组成和结构，并且考察这些微粒对骨髓基质细胞分化的影响。研究结果表明磷浓度对生成磷酸钙盐纳米微粒的结晶度，晶体粒度和晶体形貌都会有影响，而且钙磷酸盐的这些物理化学性质在骨髓间充质干细胞分化中起着重要作用，推测出高磷体系中形成的钙磷酸盐微粒可能是导致肾衰竭患者矿物相和骨代谢紊乱的因素之一。碳酸镧是治疗高磷酸血症的药物，进入血液中的镧会和磷结合生成含镧的钙磷酸盐。研究发现掺入的镧引起钙磷酸盐的物理化学性质的改变，从而进一步影响骨髓基质干细胞的分化，这项研究为合理性的使用碳酸镧药物提供一定的实验基础。我们又研究了人工合成的掺镧和掺钆羟基磷灰石纳米微粒的组成和对骨髓基质干细胞分化的影响。研究结果发现掺镧纳米羟基磷灰石的性质和纳米羟基磷灰石很相近，对骨髓基质干细胞增殖和分化有抑制作用，但是掺钆的纳米羟基磷灰石颗粒作用相反，进一步研究结果显示掺钆磷灰石和血清中蛋白的结合形式与掺镧磷灰石不同，从而导致进入细胞后的分布状态不同，进而对细胞的影响不同，这项研究为人工合成纳米羟基磷灰石在生物体系中的合理使用提供一定的实验基础。最后比较了生物体系中生成的钙磷酸盐纳米微粒和人工合成的纳米微粒的相似相异性。我们发现，血清蛋白可能通过降低溶液的过饱和度、降低Zeta 电势和诱导生成短程有序的弯曲晶格, 从而起到抑制磷酸钙盐的生成、聚集和相转变的作用。当生物介质中生成的钙磷酸盐纳米微粒较多时会对骨髓基质干细胞的分化产生抑制作用。而人工合成的钙磷酸盐纳米微粒则很容易形成羟基磷灰石，粒度较大，对血清蛋白有吸附，对骨髓基质干细胞的分化活性则和掺入的离子有关。. 在此基础上我们又和德国的约翰尼斯•古藤堡大学生理和病理化学系的Werner.E.G. Müller教授合作研究了磷酸盐对生物体系中碳酸钙盐转化的影响，研究发现在磷酸盐体系中，生物介质中无定形碳酸钙能转化为磷酸钙盐，这项研究为生物体内的骨的矿化过程提供了一些新思路。此外，我们有对多聚磷酸盐对钙磷酸盐生成的影响及其对骨髓基质干细胞成骨成脂分化进行了研究, 实验还在进行中。. 在血管钙化方面没能够按照原来计划进行研究，因为近两年对高磷所导致生成的钙磷酸盐纳米微粒对血管平滑肌细胞的影响已经有了大量的研究论文发表。