高镁离子浓度对人骨髓间充质干细胞增殖与成骨分化的影响

背景:许多研究对镁合金浸提液的生物学作用进行了体外研究,但浸提液中pH值升高、钙离子浓度下降等变化会在体内体液缓冲系统作用下被减弱.目的:探讨不同浓度的高镁离子环境对人骨髓间充质干细胞(hBMSCs)增殖与成骨分化的影响.方法:按照ISO-10993标准制作镁及几种常用镁合金浸提液,应用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定浸提液中镁离子含量.根据浸提液镁离子含量,配置镁离子最终浓度为2、4、6、8、10 mmol/L的完全培养基及成骨分化诱导培养基,未添加镁离子培养基作为对照组,使用以上培养基对hBMSCs进行培养.细胞在完全培养基组中培养1、3、6、12d后,利用CCK-8实验评价细胞增殖率.成骨分化诱导培养基组培养细胞7、14 d后测定碱性磷酸酶活性,同时进行碱性磷酸酶染色,在培养第21天进行茜素红染色,并在溶解后进行半定量分析.上述细胞实验每组设置6个复孔.结果:镁及几种常用镁合金浸提液镁离子浓度在3～6 mmol/L之间.高镁离子环境培养1天后,2、4、6、8、10 mmol/L组hBMSCs相对增殖率均显著下降(77.5％±11.7％、78.2％±12.3％、71.5％±12.3％、73.8％±7.3％、81.6％±8.4％,P＜0.05).但培养第12天时,2、4、6 mmol/L组出现了对hBMSCs细胞增殖的促进效果(195.6％±36.5％、292.6％±52.6％、296.3％±52.1％,P＜0.01).培养过程中仅在第6天,8 mmol/L组(81.2％±20.8％,P=0.576)和10 rmmol/L组(91.1％±17.5％,P=0.968)细胞增殖率出现下降,但差异无统计学意义.培养第7天时,2、4、10 mmol/L组碱性磷酸酶活性较对照组均显著提高(P＜0.05).培养至第14天时,2、4、6、8、10 mmol/L组碱性磷酸酶活性是对照组3倍以上(P＜0.01).茜素红染色及溶解后半定量分析提示2～10mmol/L的细胞外高镁离子环境阻挡了细胞外基质矿化(P＜0.01).结论:2～10 mmol/L浓度的镁离子环境未对hBMSCs体现出显著细胞毒性,且适当的高镁离子浓度有利于hBMSCs增殖及成骨分化,但细胞外高镁离子浓度不利于细胞外基质矿化.