基于NanoWizard3型生物原子力显微镜的颞下颌关节盘细胞及其自组装基体的力学行为研究

以关节盘变薄、透明样变和穿孔等不可逆性病变为特征的颞下颌关节疾病是迄今口腔临床医学面临的主要难题之一，组织工程技术的发展为该类疾病的治疗带来了新的希望。但是，关节盘在组织重建过程中对种子细胞及其生物力学性能要求极高，在实践中很难满足临床使用的要求。本课题针对关节盘细胞的再生问题，基于NanoWizard 3 型生物原子力显微镜，对山羊颞下颌关节盘细胞的生物力学特性和自组装基体生长过程中的生物学与力学特性进行了研究。结果发现山羊颞下颌关节盘由不均匀分布的细胞和胶原纤维组成，胶原绝大部分为I型；细胞有成纤维细胞样细胞和软骨细胞样细胞, 两者比例约为2.05：1，细胞类型和分布在各区没有显著性差异；体外分离培养的1-3代细胞可作为颞下颌关节盘组织工程的种子细胞；AFM观察关节盘软骨细胞样细胞和成纤维细胞样细胞形貌不同，但两者的细胞表面粗糙度、胞核区弹性模量相近，胞质区弹性略有差异；细胞质和细胞核的杨氏模量在73.32-102.44kPa之间，粘附力在5.5-5.9pN之间；IGF-Ⅰ、周期静水压力、TGF-β1影响细胞增殖，上调Ⅰ型胶原的合成。本课题在国内首次采用无支架自组装技术于颞下颌关节盘组织工程研究，结果发现山羊颞下颌关节盘自组装基体的弹性模量为0.51-0.96Mpa，而原生关节盘的弹性模量是2.21-2.47 MPa；自组装基体内部及外周均有大量α-SMA的表达，可能是自组装基体收缩的主要原因。课题组对细胞骨架研究发现，关节盘细胞内部肌动蛋白呈丝状，主要沿着细胞膜外围均匀排列，细胞核周围较少；微管在核周呈放射状散向整个细胞，贯穿胞质；中间纤维从核膜到细胞膜相互交织呈网状结构；传代和细胞松弛素B（Cytochalasin B，CB）处理对细胞骨架的排列和重组有一定影响，但2 umol/L的CB对山羊颞下颌关节盘细胞无促进凋亡的作用。研究还发现整合素α5β1在山羊TMJ关节盘、培养细胞和自组装基体中均有表达，可能参与了细胞机械力学信号的转导过程。此外，课题组对bFGF定向诱导BMSCs为关节盘成纤维细胞样细胞和静电纺丝技术制备聚丙三醇癸二酸（PGS）三维多孔支架材料进行了探索研究。系列研究结果有助于正确理解关节盘组织的特性及再生机制，为解决关节盘组织重建后的临床应用奠定基础。