假体无菌性松动过程中Co2+对成骨前体细胞的生物学反应

蒋昇源; 李丹; 姜建浩; 杨上游; 杨淑野

摘要：背景:假体无菌性松动是人工关节置换后的主要并发症.目前金属离子已被证实参与人工假体无菌性松动的过程,如何控制和减缓假体松动成为当前研究的热点.目的:观察在假体松动过程中,不同浓度的二价钴离子(Co2+)刺激成骨前体细胞的生物学反应.方法:①体外实验:小鼠成骨前体细胞(MC3T3-E1)分别与含不同浓度Co2+的成骨细胞诱导液共同培养72 h,诱导为成骨细胞;应用MTT法检测细胞的增殖能力;通过测定乳酸脱氢酶活性来反映不同浓度Co2+的细胞毒性;测定血清碱性磷酸酶蛋白浓度来检测成骨前体细胞向成骨细胞转化的能力;应用RT-PCR测定相关因子mRNA表达;②体内实验:将小鼠分为3组,稳定对照组将钛钉置入小鼠的胫骨近端、松动对照组置入钛钉和钴铬颗粒、钴离子组置入钛钉和钴铬颗粒并注入经过钴离子刺激的成骨前体细胞,术后立即使用MicroCT进行假体周围骨密度测定,5周后再次行假体周围骨密度测定,麻醉处死小鼠并离断患侧膝关节进行拔钉实验,并将拔钉后的组织进行苏木精-伊红染色.通过拔钉力量来测定假体松动程度;通过假体与骨界面之间膜的厚度来反映炎症反应的严重程度;通过抗酒石酸酸性磷酸酶染色观察假体周围组织中破骨细胞数量.结果与结论:①体外实验结果:当Co2+浓度升高时,成骨前体细胞的增殖会受到抑制;Co2+对成骨前体细胞表达血清碱性磷酸酶具有显著的抑制作用;Co2+可促进单核细胞趋化蛋白1、肿瘤坏死因子α、白细胞介素6、核因子κB受体活化因子配基(RANKL)、活化T细胞核因子c1(NFATc1)mRNA表达,抑制骨保护素及成骨细胞特异性转录因子mRNA表达;低浓度Co2+(62μmol/L)促进低密度脂蛋白受体相关蛋白(Lrp-5)和Runx2 mRNA表达,高浓度Co2+(500μmol/L)抑制其表达;②体内实验结果:MicroCT扫描显示钴离子组小鼠骨密度值最低(P?0.05);钴离子组中,拔钉实验所需要的剪切力较对照组明显降低(P?0.05);苏木精-伊红染色染色显示,钴离子组假体周围炎性反应膜的形成,Co2+刺激的成体前体细胞可能会加重假体周围炎症反应;③结果证实,成骨细胞在假体无菌性松动中可发挥重要作用,Co2+刺激的成骨细胞前体细胞对破骨细胞分化成熟的具有重要调控作用.