1.1 设计 细胞功能学观察实验。
1.2 时间及地点 于2015年3至8月在中日友好医院临床研究所完成。
1.3 材料 股骨头骨松质取自于2015年3至5月于中日友好医院行关节置换患者股骨头。
取材纳入标准:外伤性股骨颈及转子部骨折、髋关节骨性关节炎、先天性髋关节发育不良继发骨性关节病。
取材排除标准:股骨头无菌性坏死、强直性脊柱炎、类风湿性关节炎、累及髋关节的、血友病髋关节病变、髋关节结核、化脓性感染、以及髋关节周围肿瘤等患者。
共取股骨头标本10例,其中股骨颈骨折6例,股骨转子间骨折3例,1例先天性髋关节发育不良继发骨性关节炎。所有患者对实验知情同意,并签署知情同意书。
体外震波实验用主要试剂及仪器:
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试剂及仪器
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来源
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体外震波仪
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德国多尼尔公司
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CO2培养箱
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GalaxyR,Eppendorf
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倒置相差显微镜
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Olympus IX71
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3K3O型低温高速离心机
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美国Sigma- Aldrich公司
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胎牛血清
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浙江天杭生物
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M199 内皮细胞培养基
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美国Hyclone
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BD Matrigel基质胶
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美国BD公司
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1.4 实验方法
1.4.1 股骨头骨微血管内皮细胞的分离与传代培养 在无菌条件下将用咬骨钳将股骨头标本松质咬成碎骨,然后将碎骨放入肝素化的内皮细胞培养管中,使用预热的HBSS液反复多次冲洗,去除油脂及细碎骨质。向冲洗干净的松质骨中加入培养基及Ⅰ型胶原酶(浓度至1.5%-2%),放入37 ℃水浴中静置6-8 h后向其中加入胰蛋白酶(0.25%)-EDTA(0.53 mmol/L)消化液(终浓度至胰蛋白酶为0.1%,EDTA终浓度为0.2 mmol/L),放入37 ℃水浴中10 min。用过滤筛滤除油脂及骨渣并收集细胞液。
将收集得到细胞悬液置于20 ℃ 2 000 r/ min中离心10 min。将离心得到沉底细胞混匀于10 mL配置好的完全性内皮细胞培养基中(配比成分:M199 培养基, 100 U/ mL青霉素,含100 mg/L链霉素,体积分数20%胎牛血清,40 U/ mL肝素,10 μg/ L血管内皮细胞生长因子),得到悬液接种于2%明胶包被的培养皿当中,置于37 ℃和体积分数5%CO2环境培养箱中。进行传代培养时须再次加入胰蛋白酶(终浓度0.1%)和EDTA(终浓度0.2 mmol/L)进行消化处理5 min,加入M199内皮细胞培养基并收集细胞液置于离心10 min,接种至2%明胶包被的细胞培养皿内传代。方法参照文献[14]。
1.4.2 股骨头骨微血管内皮细胞的鉴定 选取血小板- 内皮细胞黏附分子1(PECAM-1/CD31)和血管性血友病因子作为作为生化标记物[15-16]。取3代细胞接种于明胶包被的6孔板内,培养孔内放置有无菌盖玻片,待盖玻片上细胞覆盖率达50%以上时取出,使用磷酸盐缓冲液清洗后使用40 g/L多聚甲醛固定,使用0.1%三重氢核(Triton)孵育后体积分数10%胎牛血清封闭1 h,加入一抗4 ℃过夜,磷酸盐缓冲液冲洗后加入异硫氰酸荧光素(fluorescein isothiocyanate,FITC)标记的Ⅱ抗和Hoechst33342。以同型抗体的一抗作为阴性对照。
1.4.3 实验分组和样品处理 选择上述原代培养的骨微血管内皮细胞,传代3次后平均分到5个直径6 cm培养皿内,在37 ℃,体积分数5%CO2的培养环境中生长至70%-80%细胞融合,随机分为实验组和对照组。
实验组根据不同能流密度:低0.03 mJ/mm2(E1)、高 0.11 mJ/mm2(E2),及不同作用次数:400次、800次,分为4小组,分次进行细胞体外成管能力实验及细胞迁移实验。当行凋亡保护实验时细胞平均分为6组,对照组当中增加激素对照组。
1.4.4 体外成管实验 在经设定参数体外震波作用后,将细胞铺于铺有Matrigel(BDBiosciences)的24孔板上,每孔铺胶60 μL,每孔接种的细胞数为5×104。后将其放入37 ℃、体积分数5%CO2环境的培养箱中培养,后分别在2,4,8,12 h于共聚焦显微镜下观察成管情况,并于12 h拍照记录成管像。
1.4.5 细胞迁移实验 在经设定参数体外震波作用后,内皮细胞行划痕实验。用marker笔在6孔板背后,用直尺比着,均匀得划横线,每隔0.5-1.0 cm一道,横穿过孔。每孔至少穿过5条线。用枪头比着直尺,尽量垂至于背后的横线划痕,枪头要垂直,不能倾斜。用PBS洗细胞3次,去除划下的细胞,加入无血清培养基。放入37 ℃体积分数5% CO2培养箱培养。24 h后取样拍照。
1.4.6 流式细胞术检测细胞凋亡 原代培养的骨微血管内皮细胞培养传代3次,在经设定参数体外震波作用后,继续培养72 h后加入低剂量(0.1 g/L)氢化可的松[17],再培养24 h诱导骨微血管内皮细胞损伤。收获细胞后以4 ℃预冷的流式细胞液(含体积分数2%牛血清白蛋白的PBS)洗细胞2次制成单细胞悬液。调整细胞浓度至 5×109 L-1,取100 μL细胞悬液加入5 μL的Annexin-FITC (eBioscience)和10 μL的20 ng/L碘化丙啶(propidium iodide,PI)溶液,混匀后室温避光孵育15 min,用流式细胞液洗3次后再加入500 μL流式细胞液,流式细胞仪检测荧光强度。
用Coulter的流式分析软件分析活细胞、早期凋亡细胞、晚期凋亡和坏死细胞比例并进行分析。
1.5 主要观察指标 ①细胞培养结果;②体外成管实验结果;③骨微血管内皮细胞迁移能力;④激素诱导损伤后细胞凋亡比例和存活比例。