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背景和目的无菌性松动是人工关节置换远期失效的主要原因,而磨损颗粒诱导的假体周围骨溶解则是造成无菌性松动的罪魁祸首。这一过程的发生与以下三个因素密切相关:炎性因子浸润、骨吸收亢进及骨生成障碍。三者相互促进,我们对任何一方的轻视,都将在无菌性松动的防治中付出代价。与此同时,感染也是关节置换的主要并发症之一,其结果具有灾难性,假体常需取出,并行二次翻修术。研究表明,内植物表面细菌黏附和生物膜的形成是假体感染形成的关键环节。而矛盾的是,骨内植物需满足良好的生物相容性,促进成骨细胞黏附以利于骨整合,但这无疑又会促进细菌黏附进而增加感染的机会。因此,理想的骨内植物材料需兼顾促进骨整合和抗感染活性。本课题拟针对磨损颗粒诱导骨溶解的发生机制,从对抗炎症因子释放、抑制骨吸收及促进骨形成的角度出发,探讨镁降解产生的局部微环境在防治假体无菌性松动中的潜在应用价值。并观察镁作为骨内植物的抗感染性能。同时,从调控机体全身骨代谢为出发点,探讨植物天然提取物穿心莲内酯(Andrographolide)的全身骨保护作用。以期从局部及全身出发,对抗磨损颗粒诱导骨溶解的发生,为防治假体无菌性松动提供新手段。内容与方法1.按照国标ISO10993浸泡镁(99.9%)模拟镁降解产物(Magnesium Degradation,Mg D),观察镁降解产物对单核-巨噬细胞(BMMS)增殖、破骨细胞分化及骨吸收功能的影响,探讨其引起的破骨细胞应答反应;建立磨损颗粒诱导小鼠颅骨溶解模型,利用micro-CT、组织形态计量等评价镁降解产物对骨溶解的抑制效果。观察镁降解产物对骨髓间充质干细胞(BMSC)粘附、铺展、增殖及向成骨细胞分化的影响,探讨其引起的h BMSC应答反应。2.体外观察镁(99.9%)的抗耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)效果,建立SD大鼠骨髓炎模型,将镁棒作为髓内钉放入大鼠髓腔内,观察对骨髓炎的治疗效果和周围骨量的改变,并探讨作用机制。3.通过观察Andrographolide对成骨细胞和破骨细胞分化及功能的影响,探讨其引起的骨应答反应,并阐述其作用机制;建立磨损颗粒诱导局部骨溶解模型和LPS诱导全身炎症性骨丢失模型,腹腔注射Andrographolide,利用micro-CT、组织形态计量等评价Andrographolide对小鼠局部和全身的骨保护作用。结果1.镁降解产物通过抑制破骨细胞特异性转录因子NFATc1的转录活性,进而显著抑制破骨细胞形成和骨吸收功能;在磨损颗粒诱导骨溶解小鼠体内,镁降解产物降低组织中活化破骨细胞数量和炎症因子TNF-?、IL-1β及RANKL水平,显著抑制骨丢失。此外,镁降解产物提高BMSC表面integrinα3/α5/β1表达水平,促进BMP2下游SMADs复合物核转位,增强BMSC增殖、黏附及成骨分化功能,但并不利于胞外钙沉积。2.镁在体外显著抑制MRSA的粘附和生物膜的形成,这可能得益于镁降解产生的碱性环境。同时,镁植入骨髓腔后显著抑制骨髓炎的进展,并有大量新生骨。3.体外研究发现,Andrographolide通过抑制RANKL下游p65入核和ERK磷酸化,进而发挥抑制破骨细胞功能的作用。与此同时,Andrographolide提高成骨标志性基因的表达和OPG/RANKL水平,促进成骨分化,促进骨代谢向骨生成方向发展。在LPS诱导的全身性骨丢失和磨损颗粒诱导局部骨溶解中,Andrographolide显著改善炎症浸润和骨溶解,骨小梁表面破骨细胞数量显著减少,显示出良好的骨保护作用。结论1.镁降解产生的微环境可抑制破骨细胞分化和骨吸收功能,促进BMSC增殖、粘附和成骨分化,降低炎症因子水平,对抗骨溶解发生机制,抑制磨损颗粒诱导的局部骨丢失。镁可能成为未来防治骨溶解疾病的新手段。2.镁在体外抑制MRSA粘附和生物膜形成,在体内抑制骨髓炎进展并减少感染周围骨丢失。3.Andrographolide抑制破骨细胞分化和骨吸收,促进成骨分化,在全身水平降低炎症水平,正向调节骨代谢,具有显著的全身骨保护作用。