骨细胞微环境仿生模拟技术-生物化学与生物物理进展.pdfVIP

生物化学与生物物理进展 Progress in Biochemistry and Biop hys ics 2014, 4 1(11): 1126~ 1134 细胞微环境仿生模拟技术* 丽 续惠云 骞爱荣 商 澎** ( 北工业大学生命学院，空间生物实验模拟技术重点实验室，西安710072) 摘要 骨细胞是生长于骨组织中的重要功能性细胞，承载着力学感知、骨重建平衡、机体矿物质代谢和内稳态调节等多种重 要功能 骨陷窝- 骨小管网络系统为骨细胞生长和功能发挥提供了稳定的结构微环境，骨基质的主要成分 型胶原蛋白和羟 基磷灰石是骨细胞黏 、细胞与细胞以及细胞与细胞外基质相互作用的生化微环境基础 而骨细胞多种生理功能的发挥离不 开其对周围力学微环境变化的感知与响应 此外，骨细胞对周围环境非常敏感，微环境结构、生化组成和力学刺激的变化会 对骨细胞结构和功能产生较大影响 因此，在微环境基础上研究骨细胞的结构和功能，是阐明骨细胞力学感知机制、发现骨 细胞新的生物学功能的前提 然而，骨陷窝- 骨小管网络系统复杂的结构和坚硬的质地，给在体研究带来了很大的困难 体 外构建骨细胞仿生微环境成为骨细胞结构功能研究的必经之路 本文系统介绍了骨细胞的结构、生化和力学微环境，回顾了 体外骨细胞微环境仿生模拟技术的必威体育精装版进展，旨在为骨基础生物学、组织工程和再生医学的发展提供参考 关键词 骨细胞，结构微环境，生化微环境，力学微环境，仿生模拟 学科分类号 Q81，Q6 DOI: 10.3724/SP.J.1206.2013.00515 骨骼具有坚硬的结构和恒定的外形，能够为机 限制了对骨细胞结构和功能的深入研究[5] 骨细胞 体提供稳定的机械支撑，保护内部器官，并具有自 发挥力学感知的机制是什么? 骨细胞是否具有新的 [1] 我更新能力和机体代谢调节功能 ，而骨组织中的 生物学功能? 能否在骨细胞中发现骨科疾病治疗的 三种主要功能性细胞———骨细胞、成骨细胞和破骨 药物靶点? 对骨细胞结构功能的深入研究以及新功 细胞，通过间隙连接途径或旁分泌途径的相互作 能的发现还需要更多研究者的努力和新技术方法的 用，在维持骨组织的结构稳定和功能动态平衡中发 引进 挥作用 骨细胞是骨组织中含量最丰富、寿命最长 体外骨细胞培养与研究方法的发展，以及 的细胞，约占骨组织细胞总数的90%～95%，生长 MLO-Y4、MLO-A5 、IDG-SW3 等骨样细胞系的建 在骨陷窝- 骨小管网络系统中，寿命长达数十年， [6-8] 立 ，为骨细胞结构功能研究提供了便利，获得 承载着诸多重要功能：a 力学感知功能，感知骨 了大量有价值的研究数据 但是越来越多的研究发 组织内部的力学微环境变化，并将力学信号转化为 现，细胞对周围的生长环境，尤其是直径在 10～ 生化信号；b 骨重建调节功能，通过直接调节成 100 滋m 范围内的微环境非常敏感，微环境结构(二 骨细胞的骨形成活性和破骨细胞的骨吸收活性，调 维/ 三维结构)、生化组成和力学刺激等因素的变 节骨重建的平衡；c 骨骼矿化调节功能；d 机体 化对细胞形态、活性、功能，以及与邻近细胞的相 矿物质代谢调节功能；e 内分泌功能，能够分泌 可溶性因子作用于远距离的靶器官，如肾脏和肌 肉；f [2-4] * 中国博士后基金面上资助(2013M532083)和 北工业大学基础研 自噬功能，能够重建骨陷窝周围的骨基质 . 究基金资助项目(3 102014JKY 15003). 坚硬的骨基质和复杂的骨陷窝- 骨小管网络系 ** 通讯联系人. 统，是骨细胞发挥力学感知、骨平