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脉管性疾病(Vascular anomalies)包括血管瘤(Hemangioma)和脉管畸形(Vascular malformation)二大类,可发生于全身各个部位,其中发生于头颈部的脉管性疾病约占全身同类疾病的4096~60%,除了造成美容缺陷外,还可引起相应功能障碍,给患者带来极大的精神创伤和心理负担。静脉石为头颈部静脉畸形中较常检出的病理性矿化灶,伴随着疾病的发展。一般认为,静脉石是由于病灶内血流动力学改变,血液中的盐类物质沉积并形成血栓,血栓进一步钙化所形成。然而,此矿化机制尚属推测,因此有必要进一步探讨静脉石的生物矿化机制。本研究从静脉石的角度出发,探讨静脉畸形的病理机制,目的在于深入认识静脉畸形的病理过程,在此基础上以期预防、调整,甚至逆转静脉石的形成,获得更好的治疗效果。
生物矿化(Biomineralization)是指有机体调控下形成矿物质的过程。当机体对生物矿化调控作用失衡,无机离子在不该矿化的部位形成异位矿化或异常矿化组织,或造成矿化组织矿化过度或不足称为病理性矿化(Pathologicalmineralization)。感染是影响病理性矿化过程的一个重要因素。上世纪八十年代后期,芬兰科学家Kajander等在进行哺乳动物细胞培养时发现细胞内存在一种超微原核微生物,认为此微生物可能来自细胞培养所需的胎牛血清。1990年Kajander正式将这种原核微生物命名为纳米细菌(Nanobacteria, NB),并申请了专利。近年这种超微结构亦被称为钙化性纳米颗粒(CalcifyingNanoparticles,CNP)。纳米细菌广泛存在于自然界的矿物质中和生物体内,是一种人畜共患的致病原,能感染人类和其它哺乳动物的任何组织和细胞,其生长过程中能在菌体周围产生坚硬的矿化外壳,作为结晶核心,导致被感染组织或细胞发生病理性矿化。研究发现,纳米细菌与人体内多种组织的病理性钙化和硬化的发生、发展相关。
纳米细菌的提出,为研究静脉石的矿化机制提供一个新的切入点,因此我们设想纳米细菌与静脉石的形成相关。本研究首先对静脉石进行超微结构及化学成分分析,再试图从静脉石中分离、培养出纳米细菌,以探索静脉石的生物矿化机制。
第一部分:静脉石的超微结构分析
目的:明确静脉石的超微结构。
方法:5例静脉石,过中心剖开,分别从内部和外层各取一小块,喷金处理后,扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)下观察其超微结构。
结果:SEM下发现静脉石由内至外呈同心圆板层状结构,4例静脉石内部和外层的超微结构均以针状晶体为常见,该晶体与羟基磷灰石相似;1例静脉石内部亦以针状晶体为主,而外层为紧密排列的条索状结构。
结论:静脉石的形成过程为先形成矿化核心,其他物质围绕核心呈同心圆逐层沉积而成,其内可能含羟基磷灰石晶体。
第二部分:静脉石的化学成分分析
目的:明确静脉石的化学成分组成。
方法:5例静脉石,过中心剖开,分别从内部和外层各取一小块,能量色散型X一射线分析仪(Energy Dispersive X-ray spectrometry, EDS)下分别定量检测静脉石内部和外层的元素组成。另取一小块研成粉末,X-射线衍射分析仪(X-ray diffraction analysis,XRD)下进行物相分析。
结果:EDS下3例静脉石内部和外层含有的元素依次为氧、钙、磷、钠、镁,前三者质量含量超过98%,另外2例静脉石内部和外层还有较高含量的碳元素。4例静脉石钙磷质量及原子比值在内部和外层都较接近,质量比为1.73~2.35:1,原子比为1.34~1.81:1。5例静脉石钙磷含量平均值的质量及原子比在内部分别为2.15:1和1.67:1,在外层分别为1.83:l和1.41:1。XRD物相分析显示4例静脉石为羟基磷灰石结晶,1例静脉石为非结晶物质。
结论:静脉石的形成过程为有机物呈同心圆样逐层沉积,并由内至外逐步矿化为无机物而成,其晶相为羟基磷灰石晶体。
第三部分:静脉石中纳米细菌的分离、培养与初步鉴定
目的:明确静脉石的形成是否与纳米细菌相关,以探索静脉石的生物矿化机制。
方法:静脉石中纳米细菌的分离和培养:14例静脉石脱矿后研碎,重悬粉末,离心,收集上清经O.22p,m滤器过滤至培养瓶,加入含10% γ-射线灭活的胎牛血清(FBS)的DMEM(Dulbeccos modified Eagles medium),在37℃、5%CO2的恒温培养箱中培养。纳米细菌的初步鉴定:倒置相差显微镜观察该菌形态及生长特性,单克隆抗体8D10和G1B8免疫细胞化学染色和间接免疫荧光细胞化学染色检测纳米细菌抗原,透射电镜(Transmission electron microscope,TEM)观察培养细菌的超微结构。
结果:78.6%(11/14)的静脉石分离、培养出纳米细菌样颗粒,其形态学特征和生长特性与纳米细菌相似,单克隆抗体免疫细胞化学染色和间接免疫荧光细胞化学染色均呈阳性,电镜观察到纳米大小菌样颗粒。
结论:从静脉石中能分离到纳米细菌,该菌可能在静脉石的形成中起重要作用。