高分子聚乙烯颗粒负荷对体外培养滑膜细胞的影响研究

庞显伦

(泸州医学院卫生所 四川 泸州 646000)

研究表明，磨损颗粒诱导的假体周围骨溶解受多种因素影响，包括磨损颗粒的种类、形态及大小［1］。研究已经证明:磨损颗粒负荷下，成骨细胞影响假体，导致松动原因之一，其机制不完全明确。那么促使成骨细胞产生这些生物学行为的细胞和分子机制究竟是怎样的?滑膜作为关节内重要的免疫器官在假体松动中又扮演着怎样的角色?目前有少量研究发现用生物陶瓷涂层假体的磨损颗粒负荷体外培养的滑膜细胞，可同样诱导滑膜细胞产生TNF － α［2］。要搞清楚上述问题，有必要先搞清楚高分子聚乙烯颗粒负荷对体外培养滑膜细胞的影响。本文旨在讨论此问题。

资料与方法

1. 细胞准备:滑膜细胞的培养采用组织培养法分离培养，参照文献［2］。无菌条件下，用含双抗的1 × PBS 液反复冲洗滑膜组织。将组织剪成约2 mm × 2 mm × 2 mm 的小块，均匀铺置于培养瓶中。向培养瓶中加入含10% FBS 的高糖DMEM 液，在5% CO2和37 ℃的孵育箱内恒温培养。每3 天换液1 次，待细胞爬移出组织并生长至90% 左右融合状态时，胰酶消化1∶3 传代。反复传代贴壁培养以去除其中混杂的细胞，选用第4 代的滑膜细胞进行实验。

2. 高分子聚乙烯颗粒为德国Hoechst 公司产品，光镜测量，颗粒长径(78. 5021 ± 3. 3572)μm，短径(55. 6250 ± 3. 0463)μm。日立S － 800 扫描电镜下观察颗粒的外形。

3. 方法

(1)分组:传至普通培养瓶的细胞随机分为2 组，分为试验组和对照组，两组于传代后第二天先分别随机取出2 瓶，行细胞计数。同时1 组在无菌条件下于培养瓶内加入高分子聚乙烯颗粒，混匀后继续培养。此后每天每组各随机取出2 瓶，轻摇使死亡细胞浮起后，弃培养液，作细胞计数，取均值分别绘制生长曲线并计算倍增时间。

(2)步骤:传至含盖玻片条青霉素瓶的细胞随机分为2 组，每组10 瓶，其中1 组作空白对照，另1 组在传代后第二天无菌操作下加入高分子聚乙烯颗粒悬液50 μl，混均后继续培养。两组于处理后1、3、9、12、24、48 h 分别随机抽出2 瓶，将瓶内盖玻片条取出。其中一片用10% 中性甲醛固定48 h，普通HE 染色，作组织学观察;另一片立即用台盼蓝染色2 min，在蒸馏水中漂洗2次后镜检，取10 个视野分别计100 个细胞中的着色细胞数。

4. 统计分析:求均值得出各处理组在不同时点的死亡细胞数，t 检验作统计学处理。

结 果

1. 滑膜细胞生长特性:体外培养的滑膜细胞在加入高分子聚乙烯颗粒后表现出不同的生长特性。高分子聚乙烯颗粒浮于液面，细胞生长不仅未受影响，反略强于空白对照组，倍增时间为22. 8h，而后者为26. 3 h。

2. 高分子聚乙烯颗粒组:滑膜细胞生长旺盛，超过空白对照组，死亡细胞少见。两种颗粒浓度对细胞生长特性的影响无明显差别。

讨 论

假体周围骨溶解导致的无菌性松动是人工关节置换术后最常见的远期失败主要原因之一。目前对人工关节无菌性松动的具体发生机制尚不完全清楚，可能是由多种因素，如磨损颗粒、微动、应力遮挡、高液体压力等因素引起。其中，磨损颗粒诱导的假体周围骨溶解被认为是造成假体无菌性松动的主要原因。关节置换术后，假体与周围骨质或骨水泥与周围骨质之间存在微动或不可避免的磨损，导致假体周围释放出大量的磨损颗粒。由于持续存在的磨损颗粒对成骨细胞、巨噬细胞等的潜在影响，使其对内置物的使用寿命起着关键的作用。因此，认识磨损颗粒在假体无菌性松动过程中的影响及机理，对于寻找防治无菌性松动的方法，提高人工关节置换术远期固定效果和内置物寿命有着重要的意义。所以，要深入研究上述问题，就需要建立滑膜细胞与磨损颗粒之间的作用机理模型。

高分子聚乙烯磨损颗粒在人工关节无菌性松动过程中起重要作用，对界面细胞的具有生物学效应［3］。在非细胞毒性剂量上，聚合物颗粒比骨水泥颗粒更能刺激致炎因子的释放，刺激滑膜细胞的增生，抑制骨形成，刺激破骨细胞源性骨吸收。

本研究发现高分子聚乙烯颗粒促进体外滑膜细胞的增值，而滑膜细胞在关节假体松动及导致疼痛的机制中发挥作用，所以不难看出，高分子聚乙烯颗粒通过物理及化学的作用加速假体松动的速度，但是不是始动因素，还需要做相关研究。

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.