失重性骨质流失地基模拟实验条件建立及生物学评价

发布时间：2017-07-27 10:32

  本文关键词：失重性骨质流失地基模拟实验条件建立及生物学评价

  更多相关文章： 模拟失重 骨质流失 微载体 羟基磷灰石 尿钙浓度

【摘要】：随着空间技术的发展,空间生物学研究越来越广泛,人们利用空间这一特殊环境开展了大量的、深入的科学实验研究。该研究不但能够保证航天员的生命健康,同时还可以很大程度上造福于我们地面人群。因此,空间生物学研究被越来越多的研究者重视。本论文旨在对空间失重性骨质流失地基模拟实验条件进行建立,并在此基础上开展生物学评价。这主要包括三个方面的研究内容:随机定位地基模拟失重性骨质流失实验条件的建立及生物学评价、抗磁悬浮地基模拟失重性骨质流失实验条件的建立及生物学评价、后肢去负荷地基模拟失重性骨质流失实验条件的建立及生物学评价。首先,针对随机定位模拟失重性骨质流失,我们自主研制一套配套容器。该容器由容器盒,透气膜,硅胶垫,容器盖组成。容器具有操作简单、可重复使用、培养基用量少、易排出气泡等优点。并通过生物学实验,我们评价了配套容器的生物相容性。同时我们还设计了一共培养框架,该框架由绷膜内框和绷膜外框组成,将该共培养框架置于配套容器中可实现随机回转条件下细胞的共培养。其次,针对抗磁悬浮模拟失重性骨质流失,我们首先开发了一套磁腔室环境控制系统,该系统包括二氧化碳浓度配比部分、气体调温调湿部分和气体运输保温部分。该系统可以实现磁腔室二氧化碳浓度的调节、环境温度的调节以及湿度的调节,确保细胞体外培养在严格的环境控制下进行。其次,在实验环境可控基础上,我们建立了微载体/细胞抗磁悬浮培养方法,使细胞在大梯度强磁场环境下自适应μg位置,实现真正意义上的细胞抗磁悬浮培养方法。并在此方法的基础上,开展了抗磁悬浮微载体/细胞对细胞形态和功能的研究。来源于鼠颅骨的成骨细胞系MC3T3-E1接种在Cytodex-1微载体上,细胞放置在大梯度强磁场的表观重力为μg,1 g和2 g的位置,对应的磁场强度分别为12 T,16 T和12 T,分别检测细胞的形态、增殖、凋亡和周期。研究结果显示,强磁重力环境诱导了细胞形态的改变;强磁场环境促进了MC3T3-E1细胞的增殖;而2 g重力环境则抑制了细胞的增殖,促进了caspase-3活性,同时,2 g组细胞周期被阻滞在G0/G1期。最后,在细胞/微载体抗磁悬浮实验方法的基础上,为了使骨细胞生长基底更接近体内真实生长环境,我们制备了羟基磷灰石微载体并进行了生物相容性评价。实验采用液相沉淀法制备羟基磷灰石粉末,通过X射线衍射分析仪检测其相组成;并以该粉末为原料通过喷雾干燥法制备出粒径合适的羟基磷灰石微载体,扫描电镜观察其形貌和粒径大小;同时通过检测微载体浸提液对钙离子浓度、细胞毒性、细胞面积以及细胞增殖的影响,评价其生物相容性。结果表明:微载体首次浸提液中钙离子浓度、细胞活性、细胞面积以及细胞增殖与对照组相比均有显著性差异,二次浸提液与对照组相比均无显著性差异。最后,针对后肢去负荷模拟失重性骨质流失,我们开发了一套便携式钙离子浓度检测原理样机,并进行生物学评价。实验以大鼠后肢去负荷为模型,以尿钙浓度作为主要研究指标,初步探讨了尿液中钙离子浓度作为早期评价失重性骨质流失间接指标的可行性。研究了大鼠后肢去负荷模型对大鼠的体重、股骨和胫骨的骨密度、股骨骨干质量和骨灰质量、血清和尿液中钙离子浓度的影响。结果显示大鼠后肢去负荷一周后体重有明显下降趋势,股骨和胫骨的骨密度从第二周开始有显著性变化,三周后股骨骨干质量和骨灰质量也有显著性降低,尿液中钙离子浓度从第三天开始明显高于对照组,且第七天时达到峰值,之后平稳下降,但仍然高于对照组。从骨密度和尿钙浓度的相关性分析可知,骨密度和尿钙浓度存在较好的负相关性,且尿液钙离子浓度反应更为及时、灵敏。综合以上研究,本论文完成了随机定位、抗磁悬浮以及后肢去负荷模拟失重性骨质流失实验条件的建立及生物学评价,为后续进一步开展地基模拟失重性骨质流失效应研究打下了坚实的基础。
【关键词】：模拟失重 骨质流失 微载体 羟基磷灰石 尿钙浓度
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V419
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 1 绪论11-35
• 1.1 常用的地基模拟失重效应技术和方法11-15
• 1.1.1 人头低位卧床模拟失重效应方法11
• 1.1.2 鼠后肢去负荷模拟失重效应方法11-12
• 1.1.3 回转器模拟失重效应技术12-13
• 1.1.4 抗磁悬浮模拟失重效应技术13-15
• 1.2 地基模拟失重效应技术在生物学中的应用15-22
• 1.2.1 人头低位卧床模拟失重效应技术在生物学中的应用16-17
• 1.2.2 鼠后肢去负荷模拟失重效应技术在生物学中的应用17-18
• 1.2.3 随机定位模拟失重效应技术在生物学中的应用18-20
• 1.2.4 抗磁悬浮模拟失重效应技术在生物学中的应用20-22
• 1.3 失重性骨质流失检测技术22-25
• 1.3.1 失重性骨质流失影像学检测22-23
• 1.3.2 失重性骨质流失骨代谢生化标志物检测23-24
• 1.3.3 空间失重性骨质流失检测方法24-25
• 1.4 失重性骨质流失地基模拟实验条件存在的不足及解决方案25-32
• 1.4.1 随机定位模拟失重性骨质流失实验条件存在的不足及解决方案25-26
• 1.4.2 抗磁悬浮模拟失重性骨质流失实验条件存在的不足及解决方案26-31
• 1.4.3 后肢去负荷模拟失重性骨质流失实验条件存在的不足及解决方案31-32
• 1.5 本论文研究意义和主要研究内容32-34
• 1.5.1 本论文研究意义32
• 1.5.2 本论文主要研究内容32-34
• 1.6 本章小结34-35
• 2 随机定位模拟失重性骨质流失实验条件建立及生物学评价35-43
• 2.1 配套细胞培养容器盒设计及制作35-37
• 2.1.1 材料35
• 2.1.2 设计制作方案35-37
• 2.2 配套细胞共培养框架设计及制作37-38
• 2.2.1 材料37
• 2.2.2 设计制作方案37-38
• 2.3 生物学评价38-41
• 2.3.1 材料与仪器38-39
• 2.3.2 实验方法39-40
• 2.3.3 实验结果40-41
• 2.4 本章小结41-43
• 3 抗磁悬浮模拟失重性骨质流失实验环境建立及生物学评价43-55
• 3.1 二氧化碳浓度控制单元设计及制作44-45
• 3.1.1 材料44
• 3.1.2 设计制作方案44-45
• 3.2 气体调温调湿单元设计及制作45-46
• 3.2.1 材料45
• 3.2.2 设计制作方案45-46
• 3.3 气体循环水浴保温单元设计及制作46-47
• 3.3.1 材料46
• 3.3.2 设计制作方案46-47
• 3.4 配套细胞培养容器及三点支撑架设计及制作47-49
• 3.4.1 材料47
• 3.4.2 设计制作方案47-49
• 3.5 生物学评价49-54
• 3.5.1 材料与仪器49-50
• 3.5.2 实验方法50-52
• 3.5.3 实验结果52-54
• 3.6 本章小结54-55
• 4 抗磁悬浮模拟失重性骨质流失实验方法建立及生物学评价55-71
• 4.1 实验方法建立56-60
• 4.1.1 材料与仪器56-58
• 4.1.2 实验方法58-59
• 4.1.3 实验结果59-60
• 4.2 生物学评价-抗磁悬浮细胞/微载体对细胞形态和功能的影响60-67
• 4.2.1 材料与仪器60-61
• 4.2.2 实验方法61-63
• 4.2.3 实验结果63-67
• 4.3 讨论67-69
• 4.4 本章小结69-71
• 5 抗磁悬浮模拟失重性骨质流失培养基底制备及生物学评价71-83
• 5.1 羟基磷灰石微载体的制备71-75
• 5.1.1 材料与仪器71-72
• 5.1.2 实验方法72-73
• 5.1.3 实验结果73-75
• 5.2 微载体生物学评价75-79
• 5.2.1 材料与仪器75-76
• 5.2.2 实验方法76-77
• 5.2.3 实验结果77-79
• 5.3 讨论79-81
• 5.4 本章小结81-83
• 6 后肢去负荷模拟失重性骨质流失实验条件建立及生物学评价83-97
• 6.1 便携式钙离子浓度检测装置原理样机设计开发83-86
• 6.1.1 电路原理图设计84-85
• 6.1.2 外观设计及操作方法85-86
• 6.1.3 仪器参数要求86
• 6.1.4 空间在轨具体实施计划86
• 6.2 生物学评价-去负荷大鼠尿钙浓度检测作为骨质流失评价指标的可行性86-93
• 6.2.1 材料与仪器86-87
• 6.2.2 实验方法87-90
• 6.2.3 实验结果90-93
• 6.3 讨论93-95
• 6.4 本章小结95-97
• 7 结论与展望97-99
• 7.1 结论97-98
• 7.2 展望98-99
• 参考文献99-107
• 攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况107-109
• 致谢109-111

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