高分子聚乙烯顆粒負荷對體外培養滑膜細胞的影響研究

龐顯倫

(瀘州醫學院衛生所 四川 瀘州 646000)

研究表明，磨損顆粒誘導的假體周圍骨溶解受多種因素影響，包括磨損顆粒的種類、形態及大小［1］。研究已經證明:磨損顆粒負荷下，成骨細胞影響假體，導致松動原因之一，其機制不完全明確。那么促使成骨細胞產生這些生物學行為的細胞和分子機制究竟是怎樣的?滑膜作為關節內重要的免疫器官在假體松動中又扮演著怎樣的角色?目前有少量研究發現用生物陶瓷涂層假體的磨損顆粒負荷體外培養的滑膜細胞，可同樣誘導滑膜細胞產生TNF － α［2］。要搞清楚上述問題，有必要先搞清楚高分子聚乙烯顆粒負荷對體外培養滑膜細胞的影響。本文旨在討論此問題。

資料與方法

1. 細胞準備:滑膜細胞的培養采用組織培養法分離培養，參照文獻［2］。無菌條件下，用含雙抗的1 × PBS 液反復沖洗滑膜組織。將組織剪成約2 mm × 2 mm × 2 mm 的小塊，均勻鋪置于培養瓶中。向培養瓶中加入含10% FBS 的高糖DMEM 液，在5% CO2和37 ℃的孵育箱內恒溫培養。每3 天換液1 次，待細胞爬移出組織并生長至90% 左右融合狀態時，胰酶消化1∶3 傳代。反復傳代貼壁培養以去除其中混雜的細胞，選用第4 代的滑膜細胞進行實驗。

2. 高分子聚乙烯顆粒為德國Hoechst 公司產品，光鏡測量，顆粒長徑(78. 5021 ± 3. 3572)μm，短徑(55. 6250 ± 3. 0463)μm。日立S － 800 掃描電鏡下觀察顆粒的外形。

3. 方法

(1)分組:傳至普通培養瓶的細胞隨機分為2 組，分為試驗組和對照組，兩組于傳代后第二天先分別隨機取出2 瓶，行細胞計數。同時1 組在無菌條件下于培養瓶內加入高分子聚乙烯顆粒，混勻后繼續培養。此后每天每組各隨機取出2 瓶，輕搖使死亡細胞浮起后，棄培養液，作細胞計數，取均值分別繪制生長曲線并計算倍增時間。

(2)步驟:傳至含蓋玻片條青霉素瓶的細胞隨機分為2 組，每組10 瓶，其中1 組作空白對照，另1 組在傳代后第二天無菌操作下加入高分子聚乙烯顆粒懸液50 μl，混均后繼續培養。兩組于處理后1、3、9、12、24、48 h 分別隨機抽出2 瓶，將瓶內蓋玻片條取出。其中一片用10% 中性甲醛固定48 h，普通HE 染色，作組織學觀察;另一片立即用臺盼藍染色2 min，在蒸餾水中漂洗2次后鏡檢，取10 個視野分別計100 個細胞中的著色細胞數。

4. 統計分析:求均值得出各處理組在不同時點的死亡細胞數，t 檢驗作統計學處理。

結 果

1. 滑膜細胞生長特性:體外培養的滑膜細胞在加入高分子聚乙烯顆粒后表現出不同的生長特性。高分子聚乙烯顆粒浮于液面，細胞生長不僅未受影響，反略強于空白對照組，倍增時間為22. 8h，而后者為26. 3 h。

2. 高分子聚乙烯顆粒組:滑膜細胞生長旺盛，超過空白對照組，死亡細胞少見。兩種顆粒濃度對細胞生長特性的影響無明顯差別。

討 論

假體周圍骨溶解導致的無菌性松動是人工關節置換術后最常見的遠期失敗主要原因之一。目前對人工關節無菌性松動的具體發生機制尚不完全清楚，可能是由多種因素，如磨損顆粒、微動、應力遮擋、高液體壓力等因素引起。其中，磨損顆粒誘導的假體周圍骨溶解被認為是造成假體無菌性松動的主要原因。關節置換術后，假體與周圍骨質或骨水泥與周圍骨質之間存在微動或不可避免的磨損，導致假體周圍釋放出大量的磨損顆粒。由于持續存在的磨損顆粒對成骨細胞、巨噬細胞等的潛在影響，使其對內置物的使用壽命起著關鍵的作用。因此，認識磨損顆粒在假體無菌性松動過程中的影響及機理，對于尋找防治無菌性松動的方法，提高人工關節置換術遠期固定效果和內置物壽命有著重要的意義。所以，要深入研究上述問題，就需要建立滑膜細胞與磨損顆粒之間的作用機理模型。

高分子聚乙烯磨損顆粒在人工關節無菌性松動過程中起重要作用，對界面細胞的具有生物學效應［3］。在非細胞毒性劑量上，聚合物顆粒比骨水泥顆粒更能刺激致炎因子的釋放，刺激滑膜細胞的增生，抑制骨形成，刺激破骨細胞源性骨吸收。

本研究發現高分子聚乙烯顆粒促進體外滑膜細胞的增值，而滑膜細胞在關節假體松動及導致疼痛的機制中發揮作用，所以不難看出，高分子聚乙烯顆粒通過物理及化學的作用加速假體松動的速度，但是不是始動因素，還需要做相關研究。

1 Wang ml，Sharkey PF，Tuan RS. Particle bioreactivity and wear － mediated osteolysis ［J］. J Arthroplasty. 2004;19(8):1028 － 1038.

2 Wang Y，Yang L，Zhang J，et al. Differential MMP － 2 activity induced by mechanical compression and inflammatory factors in human synoviocytes ［J］. Mol Cell Biomech. 2010;7(2):105 － 114.

3 Bendall SP，Gaies M，Frondoza C，et al. Effect of particulate bioactive glass on human synoviocyte cultures ［J］. J Biomed Mater Res. 1998;41(3):392 － 397.