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骨关节炎是一种常见于老年人的关节退行性疾病，通常会引起关节疼痛和畸形，最终可导致慢性残疾，随着世界人口的老龄化，骨关节炎正迅速成为主要医疗和经济负担。其病理学特征主要为关节软骨的侵蚀，骨赘形成，软骨下骨硬化，以及滑膜和关节腔的一系列生化和形态学改变。目前尚没有能有效控制及延缓骨关节炎病情进展的治疗措施，明确其病因及发病机制可为骨关节炎的临床治疗提供科学依据。一、研究目的：通过将骨关节炎软骨细胞接种至琼脂糖凝胶中，构建软骨细胞-琼脂糖凝胶模型，研究静态机械压力，以及与Ca2+通道阻滞剂维拉帕米联合观察对骨关节炎软骨细胞表达MCP-1、Pro MMP-1、MMP-3、MMP-13的影响，以探讨机械压力、Ca2+在骨关节炎病理机制中的作用，从而为骨关节炎临床预防策略和临床治疗方法提供一定的理论依据。二、材料与方法：选择12例膝骨关节炎患者膝关节置换术后的胫骨平台处软骨，分离软骨细胞采用DMEM培养基进行原代培养和传代培养。将扩增了的软骨细胞，分别以2×106/ml的浓度加入37℃低熔点琼脂糖培养基中进行固态培养，并制作成直径5mm、厚度3mm的软骨细胞-琼脂糖凝胶模型放入6孔压力板中，随机选择其中6例患者的模型为维拉帕米组(40μmol/L)，另外6例患者为空白对照组。经反复实验测试，当琼脂糖浓度为0.5%时，软骨细胞/琼脂糖凝胶模型在≤45kPa的静态压下2h内可以保持完整性。将两组软骨细胞/琼脂糖凝胶模型均放入细胞加力仪器中，空白对照组分别采用压力为15kPa、30kPa和45kPa的静态波各施压0.5h、1h和2h，0kPa亚组仅施压2h，维拉帕米组则分别采用压力为0kPa、15kPa、30kPa和45kPa的静态波施压2h，施压培养后再放入细胞培养箱中继续培养24h后收集细胞模型周围上清液，-20°C保存。采用ELISA方法检测收集的上清液中MCP-1、Pro MMP-1、MMP-3、MMP-13表达的水平。并采用SPSS17.0统计软件对数据进行多因素试验的方差分析，即析因分析，包括机械压力和施压培养时间两因素，以及机械压力和维拉帕米两因素单独及协同作用对软骨细胞表达MCP-1、Pro MMP-1、MMP-3、MMP-13的影响。三、结果：1.在不同机械压力(15～45kPa）和施压培养时间(0.5～2h)共同影响下：(1)软骨细胞分泌Pro MMP-1的水平在三个不同压力组中有显著差异，P<0.01，且随压力的增加Pro MMP-1的水平逐渐降低；(2)对三个不同时间组中Pro MMP-1的水平进行方差分析亦有显著差异，P=0.04，且随时间的延长而降低；(3)机械压力和施压时间两个因素之间对ProMMP-1的影响无交互作用，P=0.71；(4)软骨细胞分泌MCP-1、MMP-3、MMP-13的水平在不同压力组均无显著差异，P值分别为0.88，0.94、0.44；(5)软骨细胞分泌MCP-1、MMP-3、MMP-13的水平在不同时间组均无显著差异，P值分别为0.31、0.43、0.12。2.在不同机械压力(0～45kPa)和维拉帕米两因素的影响下：(1)软骨细胞分泌ProMMP-1的水平在四个不同压力组中有显著差异，P <0.01，随压力的增加逐渐降低；(2)对维拉帕米组与空白对照组Pro MMP-1的水平进行方差分析有显著差异，P <0.01，维拉帕米可降低软骨细胞Pro MMP-1的分泌；(3)机械压力和维拉帕米两因素之间对ProMMP-1的影响无交互作用，P=0.64；(4)MCP-1的水平在三个不同压力组中无显著差异，P值=0.95(0kPa组因过失误差被弃去)；(5)维拉帕米可显著降低MCP-1的水平，统计学分析有显著差异，P=0.05；(6)机械压力和维拉帕米两因素之间对MCP-1的影响无交互作用，P=0.09；(7)而软骨细胞表达MMP-3、MMP-13的水平在不同压力组均无显著差异，P值分别为0.32、0.61；(8)维拉帕米对MMP-3、MMP-13的表达无显著影响，P值分别为0.51、0.77。四、结论：1.琼脂糖浓度为0.5%、细胞浓度为2×106/ml的细胞/琼脂糖凝胶模型适宜于体外细胞力学的研究；2.采用细胞加力仪器施压，软骨细胞/琼脂糖凝胶模型承受的适宜压力为≤45kPa、施压时间≤2h的静态压；3.在适宜机械压力(≤45kPa)的作用下，琼脂糖凝胶中骨关节炎软骨细胞ProMMP-1的分泌随压力的增加而降低；4.在一定施压培养时间(≤2h)内，琼脂糖凝胶中骨关节炎软骨细胞Pro MMP-1的分泌随施压时间的延长而降低；5.维拉帕米(40μmol/L)可降低琼脂糖凝胶中骨关节炎软骨细胞Pro MMP-1、MCP-1的分泌；6.机械压力(≤45kPa)对琼脂糖凝胶中骨关节炎软骨细胞MCP-1的分泌无显著影响；7.机械压力、施压培养时间以及维拉帕米均对骨关节炎软骨细胞MMP-3、MMP-13的分泌无显著影响；