摘要: 多壁碳纳米管（Multi-WalledCarbonNanotubes，MWCNT）是一种优良的骨组织修复材料，具有生物相容性好，韧性好，强度大，机械性能佳等特点。已有文献报道碳纳米管可以促进骨组织修复，但已有研究主要是针对骨组织中的单种细胞开展，如成骨细胞、骨髓... 展开 多壁碳纳米管（Multi-WalledCarbonNanotubes，MWCNT）是一种优良的骨组织修复材料，具有生物相容性好，韧性好，强度大，机械性能佳等特点。已有文献报道碳纳米管可以促进骨组织修复，但已有研究主要是针对骨组织中的单种细胞开展，如成骨细胞、骨髓间充质干细胞（BoneMarrowMesenchymalStemCells，BMSC），或从体内研究其促成骨效应。但骨组织中富含丰富的细胞类型，各自承担不同的功能，如BMSC和成骨细胞在体内起骨形成作用；骨髓单核细胞（BoneMarrowMononuclearCells，BMMNC）作为破骨细胞的前体细胞，分化后破骨细胞起溶解骨的作用；此外，骨髓微环境中含有大量的巨噬细胞，M1型巨噬细胞在组织缺损和感染中起重要作用，M2型巨噬细胞在组织再生中起重要作用；血管内皮细胞通过构建血管输送营养物质和氧气，起营养骨质的作用。但各细胞之间又有着密切的相互作用，对于起骨形成作用的BMSC和成骨细胞，在体内会受到破骨细胞、巨噬细胞及血管内皮细胞的影响，进而影响其骨形成作用。可见，只从单种细胞开展研究，很难从整体上认识MWCNT对骨形成的作用机制。因此，从骨微环境角度研究MWCNT在骨形成中的作用，对开发基于MWCNT的骨修复材料具有重要意义，而目前该方向未见相关报道。 本课题以直径20nm、长20-30μm的羧基化MWCNT作为研究对象，首先以骨微环境中BMSC、成骨细胞MC3T3-E1、BMMNC、巨噬细胞Raw264.7、人脐静脉内皮细胞（HumanUmbilicalVeinEndothelialCells，HUVEC）作为骨微环境的细胞模型，系统研究了MWCNT对细胞活性、成骨分化和矿化、破骨细胞分化、巨噬细胞表型分化及成血管化作用。研究结果表明，MWCNT会抑制BMSC和成骨细胞的成骨分化，而且通过抑制BMMNC的细胞活性而抑制破骨细胞分化。另外，MWCNT可以促使巨噬细胞极化为M2型，促使IL-4分泌增加。同时，MWCNT还可以促进HUVEC的迁移和成血管化作用。 接着以BMSC与巨噬细胞和HUVEC分别共培养，研究骨微环境条件下BMSC的骨分化作用；同时以新生乳鼠头盖骨作为成骨与破骨细胞共培养模型，在脂多糖和巨噬细胞共同作用下，研究亚组织水平下的骨微环境调节对骨形成的作用。结果发现，BMSC和巨噬细胞共培养时，5μg/mLMWCNT可以促进BMSC的分化、矿化、以及相关成骨基因如骨形态发生蛋白2、碱性磷酸酶、Runx2、骨钙蛋白表达；同时，共培养还可以进一步促进巨噬细胞向M2型极化，分泌抗炎因子。MWCNT加入到BMSC和巨噬细胞共培养体系后，将条件培养基培养HUVEC，发现5μg/mLMWCNT组的血管形成能力收到明显抑制，对细胞迁移能力无明显影响。亚组织水平实验证实，在共培养体系下，MWCNT可以促进乳鼠头盖骨的骨形成作用。总之，虽然MWCNT对BMSC和BMMNC的成骨分化和破骨分化有抑制作用，但MWCNT可调节骨微环境中巨噬细胞向M2型转化，在整体上表现为促进骨形成作用。该结果为开发MWCNT在骨组织修复领域的应用提供基础性研究数据。 收起