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成骨细胞是骨重建的重要功能细胞,也是治疗骨质疏松的关键。本文以成骨细胞为研究对象,研究成骨细胞对力学刺激的反应,对更清楚地认识骨的力学特性及进一步阐明骨生理、骨病理现象都有着非常深远的意义。本文主要着重研究了机械力刺激及剪切力刺激对成骨细胞力学性质、形态及骨架的影响,主要完成了以下工作:
应用原子力显微镜(AFM)对成骨细胞进行机械刺激并测量力学曲线。从力学曲线中获得信息并采用赫兹模型计算出细胞的杨氏模量,通过测量力学曲线中接近曲线与远离曲线所包围的面积获得细胞的粘弹性质。通过计算发现力刺激时间越长、频率越大,刺激后间隔时间越短,杨氏模量越大;另一方面,细胞粘滞性则随力刺激频率增加而到达一个极限。
应用光学显微镜观测成骨细胞在剪切力刺激下细胞形态的变化并测量了其变化率。研究发现成骨细胞会在剪切力刺激下沿力刺激方向逐渐收缩,通过生物概率统计及差异显著性分析可知在1.6N/cm2、1.9N/cm2较大剪切力刺激下,细胞的变化率更显著。
应用荧光显微镜观测成骨细胞在剪切力刺激下细胞骨架的变化并测量了其变化率。研究发现成骨细胞的微丝骨架结构在剪切力的刺激下骨架的方向逐渐由无序转化为有序排列,逐渐趋向于力刺激的方向。通过生物概率统计及差异显著性分析可知在1.6N/cm2、1.9N/cm2较大剪切力刺激下,细胞的有序性更显著。