铺展形状和面积调节成骨细胞的凋亡

论文摘要

在生物体内,各种生化因子会参与对细胞的生理过程的调控,但物理环境也是影响细胞生长和分化的重要调节因素,例如细胞外的空间结构限定了细胞伸展的几何形状,从而影响着细胞与基质之间的相互作用。成骨细胞来源于骨髓基质干细胞并能够分化为骨细胞,此分化过程有两个值得注意的现象:铺展形状呈梭形或三角形的成骨细胞变为有很多突起的成熟的骨细胞;另外,密排于骨小梁表面的成骨细胞演变为稀疏分布于骨陷窝内的骨细胞,提示在此分化过程中有大量成骨细胞进入凋亡。基于此现象以及本研究组和其他学者的研究,我们提出假设认为成骨细胞的铺展面积和形状可能影响其凋亡。本文中利用表面微模式化技术控制成骨细胞MC3T3-E1的铺展形态,设计了五种细胞铺展形状,分别为圆形、圆形加矩形支条、圆形加三角形支条、三角形以及正方形。根据对成骨细胞铺展面积的测量数据对每种形状设计了四种面积（113、201、314、1256μm2）。同时还设计了三种不同的支条长度。将成骨细胞接种到上述模式图案内12小时、24小时以及48小时后通过Roche公司的TUNEL试剂盒检测细胞的凋亡情况,并通过激光共聚焦显微镜检测细胞粘着斑蛋白vinculin和细胞骨架蛋白actin的分布。检测结果如下:1)细胞铺展面积和形状对成骨细胞凋亡的影响:①在本文设计的所有铺展形状条件下培养,成骨细胞的凋亡随面积的增大而降低,例如与铺展面积为113μm2的细胞相比,面积1256μm2的凋亡率降低到50%左右;②与同面积的圆相比,圆加支条能够降低细胞的凋亡率,例如有当铺展面积为314μm2时,只有20%的圆加最长矩形枝条细胞进入凋亡,而圆形细胞的凋亡率达到55%;③矩形支条对凋亡的抑制作用比三角形支条更为显著。2)细胞铺展面积和形状对成骨细胞对细胞骨架蛋白和粘着斑蛋白分布的影响①细胞的铺展形状显著影响细胞骨架蛋白的分布,例如314μm2的圆加最长支条的细胞的骨架蛋白actin形成明显的应力纤维;②与同面积的圆相比,圆加最长长方形支条细胞的粘着斑大部分分布于支条附近。因此,本文研究结果首次证明,成骨细胞的铺展面积和形态对其凋亡有显著的影响,同时本文在细胞骨架和粘着斑蛋白分布方面的初步研究将为后续的细胞力学分析提供更坚实的研究基础。

论文目录

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• 英文缩写一览表
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 细胞形态与功能的关系
• 1.1.2 基底与细胞间的相互作用关系
• 1.1.3 细胞骨架与细胞形态、功能的联系
• 1.2 本文所关心的问题
• 1.3 本文研究的目的、意义以及主要内容
• 1.3.1 本文研究目的及意义
• 1.3.2 本文研究的主要内容
• 2 成骨细胞的模式化培养
• 2.1 引言
• 2.2 材料和方法
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 实验方法
• 2.3 实验结果
• 2.4 讨论
• 3 面积、形态因素对成骨细胞凋亡的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料与方法
• 3.2.1 主要仪器、耗材
• 3.2.2 主要实验药品与试剂
• 3.2.3 试剂的准备
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 TUNEL 末端标记
• 3.3.2 TUNEL 结果判定
• 3.3.3 数据处理
• 3.4 实验结果
• 3.4.1 形态、面积因素对成骨细胞凋亡的影响
• 3.4.2 凋亡的时间动力学曲线
• 3.5 讨论
• 3.6 本章小结
• 4 面积、形态因素对成骨细胞粘着斑蛋白 VINCULIN 及骨架蛋白ACTIN 表达和分布的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验材料和方法
• 4.2.1 主要仪器耗材
• 4.2.2 主要实验试剂
• 4.2.3 主要试剂的配制方法
• 4.2.4 实验方法
• 4.2.5 数据处理
• 4.3 实验结果
• 4.3.1 形态、面积对细胞骨架和粘着斑的影响
• 4.3.2 粘着斑的周向、径向分布
• 4.4 分析讨论
• 4.5 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录