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目前全世界二百万以上的移植手术用于修复骨损伤,包括同体异体骨移植,因此骨移植替代物(BGSs)的发展尤为重要。理想的BGSs可提供四种成分:(1)骨传导基质,为骨形成提供基质或支架;(2)骨诱导因子,材料能够诱导外组织的骨形成;(3)骨原细胞,如干细胞和成熟的成骨细胞,能够产生新的骨基质;(4)骨整合,材料能够结合未形成终结纤维组织的宿主组织。为衡量BGSs的潜能,体外研究BGSs对干细胞增殖、成骨分化的影响。间充质干细胞细胞(MSCs)可以很容易地分离和扩增,诱导其分化为成骨细胞,软骨细胞,脂肪细胞和神经细胞,引起干细胞疗法和组织工程的关注。成骨细胞和脂肪细胞均来源于MSCs,两者可以相互转化,存在着此消彼长的关系。通过抑制脂肪生成,增加成骨生成来预防或治疗骨质疏松。一些纳米材料体外调节MSCs的自我更新和分化。但这些已知的材料存在一些缺点,如缺乏骨诱导性能,处理能力差,降解不充分。基于上述研究背景,本文合成了4种纳米材料,系统研究了它们与MSCs的相互作用,旨在寻找能应用于骨再生的钌纳米药物。全文共分为三个部分。第一章,简要介绍了MSCs的发现,表型,分化能力以及组织修复,重点介绍了目前纳米材料应用于干细胞疗法和骨组织工程,并阐述了本课题的选题目的和意义。第二章,合成纳米钌(Ru NPs)和γ-Fe2O3表面包覆钌纳米粒子(Fe2O3@Ru),在两种纳米粒子对MSCs无毒的浓度下,研究了其对MSCs分化的影响,茜素红,油红O染色,流式表型标记和扫描电子显微镜(SEM)结果表明Ru NPs和Fe2O3@Ru诱导MSCs分化为成骨细胞,其中Fe2O3@Ru效果最显著,能够促进MSCs成骨分化,抑制成脂分化。Q-PCR和Western blot说明Fe2O3@Ru与细胞质中的蛋白作用,激活BMP信号通路,上调成骨转录因子Runx2,进而上调早期分化Colα1和BMP、晚期分化ALP和OCN成骨标记基因的表达,下调成脂转录因子PPARγ的表达。另外,Fe2O3@Ru使CD44,CD73和CD105的表达量减少。第三章,合成了具有生物相容性的氨基化二氧化硅纳米粒子(Si O2-NH2)和二氧化硅表面包覆钌纳米粒子(Si O2@Ru)。通过一系列实验结果表明Si O2-NH2和Si O2@Ru在缺少骨诱导因子(例如,地塞米松)条件下,诱导干细胞成骨分化,其中Si O2@Ru效果更显著。TEM结果表明Si O2@Ru与细胞质中的蛋白相互作用,进而激活某种信号通路。Si O2@Ru上调MSCs成骨基因OCN、OPN和Runx2的表达,并且Si O2@Ru激活Akt信号通路,进而促进MSCs增殖和成骨分化。因此Si O2@Ru有应用于骨再生的潜能。