目的：　　镉（Cadmium，Cd）拥有极长的生物半衰期，进入人体内后，不易被代谢排出，会导致其在体内蓄积，从而对人体的骨、肝脏和肾脏等器官产生毒理作用。众所周知，骨质疏松症（Osteoporosis）容易导致骨折的发生。长期的镉暴露可以降低骨组织密度，影响骨组织形态，容易致骨质疏松及其他骨病的发生。所以如何更加深入透彻地理解、熟悉镉对骨骼相关疾病发病机制的影响，有助于今后治疗镉导致的骨质疏松等疾病。传统的二维细胞培养方法难以模仿体内的生理病理状态；而动物实验则有耗时长、花费多、效果不理想等情况。故本实验采用高通量、集成化的微流控器官芯片技术，以鼠源骨髓间充质干细胞（Bonemarrow mesenchymal stem cells，BMSCs）为实验对象，建立体外三维培养模型；继而给予不同浓度的纳米镉颗粒，探究镉对BMSCs向成骨分化的影响，从而进一步推测镉对骨质疏松发病机制的影响。目前，关于镉对骨质疏松影响的机制尚没有定论，本研究通过研究镉对BMSCs向成骨分化的影响，来判断镉在成骨分化过程中对骨质疏松发病机制作用的影响，为今后临床和基础上研究镉对骨骼毒理作用的个体化治疗，提供一定的理论方向和实验基础。　　方法：　　微流控芯片的设计与制作，由中国科学院大连化学物理研究所生物微流控系统研究组的软蚀刻技术而完成。本实验中，主要依赖具有良好化学惰性的聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)，其是一种广泛应用于微流控领域的聚合物材料，并且制作完备的微流控芯片具有微型凹槽结构。大鼠的骨髓间充质干细胞进行原代提取、分离和纯化等步骤后，进行原代培养。然后加入维生素C、地塞米松和β-甘油磷酸钠，使BMSCs在传统培养皿中进行21天的向成骨分化过程。之后应用茜素红染色判断其是否形成成骨细胞特定的结构——钙结节。将传代、分化好的成骨细胞，使用移液枪种植在芯片内，在37摄氏度5%二氧化碳细胞培养箱培养72小时，芯片内的成骨细胞聚集、收缩，形成形态稳定的、分化良好的成骨细胞微球。继而分别给予1μmol/L 和5μmol/L 的镉离子浓度组，设立对照组（control组）、1μmol/L 镉离子浓度组（1μmol组）和5μmol/L镉离子浓度组（5μmol组），再次培养72小时，采用CCK-8细胞计数法，明场拍照，死活染色和免疫荧光染色等方法，检测成骨细胞的活性和相关蛋白的表达情况，利用统计学软件spss19.0进行统计学上的分析，从而探究不同镉离子浓度对BMSCs分化的成骨细胞影响，来判断镉在成骨分化过程中对骨质疏松发病机制的作用。　　结果：　　（1）微流控芯片的设计与制备：有化学惰性的材料PDMS可以制作出带有凹槽倒梯形结构的芯片模型，微型槽其上、下两面皆为正方形，上面边长为700μm，下面边长400μm，深度800μm。将芯片裁剪为2cm x2cm的尺寸，并黏附以石英圆环，以方便培养基的添加。在经过表面灭菌和修饰后，置于小培养皿中以备接种细胞。　　（2）BMSCs向成骨细胞的分化情况：利用茜素红染色可以观测到钙结节，表明经过21天的诱导，BMSCs可以成功分化为成骨样细胞。　　（3）细胞微球的凋亡情况：在本实验中，对照组凋亡的细胞数量最少，而随着镉浓度的升高，凋亡的细胞数量也随之增多（P＜0.05）。　　（4）细胞微球的活性情况：对照组较两实验组而言，细胞活性更强（P＜0.05）；而且1μmol组比5μmol组细胞的活性更强（P＜0.05）。　　（5）WesternBlot检测发现，镉影响到NF-kB信号通路各因子的表达，这表明，镉离子对成骨促使其凋亡的直接作用，是经过NF-kB信号通路的（P＜0.05）。　　结论：　　本实验利用微流控技术的特点，探究不同镉离子浓度对BMSCs分化的成骨细胞影响，来判断镉在成骨分化过程中对骨质疏松发病机制的作用。研究结果表明：利用骨髓间充质干细胞，加入成骨诱导剂成分，可以成功使其分化为成骨细胞；与传统的二维培养相比，芯片上的三维结构培养更利于成骨细胞的生长；高浓度的镉可以使成骨细胞的活性降低，凋亡增多，从而更易引发骨质疏松症。