抗骨質疏松藥物與微量元素對羥基磷灰石前驅體生長與相轉變的研究.pdf

1、磷灰石(Apatite)是人體骨骼的無機礦物質。主要成分是鈣磷酸鹽和鈣碳酸鹽，含少量的鈉、鎂、和氟化物，多數(shù)以羥基磷灰石的形式存在。同時，這種礦物質被普遍認為是幼骨發(fā)育中由其他磷酸鈣鹽前驅體轉化而來。大量研究表明磷酸八鈣(OCP)存在于動物和人體幼骨發(fā)育階段，并且被廣泛視為羥基磷灰石(HA)的重要前驅體相，在骨的礦化過程中具有重要作用。研究表明，人工合成的OCP比HA具有更為優(yōu)良的生物活性和降解性，并在骨損傷修復中顯示出優(yōu)良的骨傳導和骨

2、誘導特性。另一方面，中老年人群中的骨質疏松癥及骨質疏松骨折并發(fā)癥問題日益突出，并已成為全球性的重大公共健康問題。目前臨床治療手段主要是服用二膦酸鹽類藥物和富鈣膳食補充劑。二膦酸鹽類藥物給藥方式局限于口服或靜脈注射，其生物利用率較低，并伴隨有明顯的副作用；此外其作用機理也尚不明確，目前的研究大多集中于分子生物學方向，對磷灰石晶體與二膦酸鹽的相互作用研究相對不足。而骨代謝過程中必需的一些微量元素對成骨細胞的增殖、分化和礦化具有良好的促進作用

3、，顯示出優(yōu)良的促進骨再生活性，對開發(fā)新型用于承載治療骨科疾病的藥物體系等方面具有重要意義。如果我們能進一步了解二磷酸鹽、微量元素等對骨礦化初期HA前驅體的生物學效應機制，勢必會對促進骨質疏松性骨折愈合人工修復材料的設計和構建帶來新的啟示。
　　 本文以二膦酸鹽和微量元素與磷酸八鈣晶體的相互作用為研究對象，運用體外礦化體系，系統(tǒng)研究了抗骨質疏松藥物阿侖膦酸鈉(AS)以及微量元素(鋅、鍶、鎂)等對OCP形核、生長和相轉化的基本規(guī)律，

4、試圖揭示藥物小分子或者磷酸鈣異質金屬離子對OCP納米晶生長和相轉化的劑量關系，為骨質疏松癥防治臨床用藥和新型顯著促進骨質疏松性骨損傷再生特定需求修復用材料的研究開發(fā)建立理論基礎。本文的主要研究結果如下：
　　 1.考慮到骨礦化過程細胞與外基質相互作用特點，本文首先借鑒了細胞膜磷脂雙分子層特征，在體外仿生礦化體系建立中，引入臨界膠束濃度水平的雙親小分子物質CTAB。初步探索實驗表明，CTAB存在與否并不影響礦物質的沉積時間和相轉化

5、效率，但是在CTAB存在條件下磷酸鈣礦物質納米晶和其圖簇形態(tài)形貌更為規(guī)整，這極為有利于在顯微條件下考察納米晶形態(tài)演化。因此，后續(xù)研究AS或微量元素介導磷灰石礦物前軀體成核、生長和相轉化研究中均存在該臨界膠束濃度水平的雙親小分子物質。
　　 2.阿侖膦酸鈉(AS)介導磷灰石礦物質前軀體生長的試驗中，我們發(fā)現(xiàn)在較短的陳化時間內(無機鹽溶液滴加完成1 h后)，在極低濃度的AS條件下(2～8μM)，在OCP成核條件下卻優(yōu)先出現(xiàn)水合磷酸氫

6、鈣(Dicalcium Phosphate Dihydrate，DCPD)帶狀納米晶，AS越低，這一現(xiàn)象更為顯著；當AS濃度達到16μM后，在陳化1 h后礦化沉積產物為羥基磷灰石，并且其納米晶尺度顯著降低，形成高度聚集的納米晶團簇。該實驗結果表明，AS在極低溶度下就具備顯著調控磷灰石前軀體相轉化的作用。
　　 3.基于上述研究基礎，我們進一步探討不同AS濃度水平礦化產物歲陳化時間變化的相轉化和形態(tài)演化規(guī)律。結果發(fā)現(xiàn)，在極低AS濃

7、度條件下(2～8μM)，DCPD前驅體穩(wěn)定性逐漸提高，2μM、4μM和8μMAS條件下分別在陳化1、3和8 h候檢測到DCPD的存在；類似地，DCPD在轉化為OCP后。在上述AS濃度水平，陳化24、72和168 h候檢測到該相的存在。同時，盡管DCPD和OCP納米晶在溶液中發(fā)生相轉化，但是納米晶形態(tài)卻沒有顯著性變化，表明該過程是原位晶相轉化，而不是溶解-再結晶過程。上述研究結果表明，AS這種抗骨質疏松藥物小分子在對幼骨礦物熟化和骨代謝中

8、也具有調控作用。
　　 4.在針對無機離子調控磷酸鈣納米晶的實驗研究中，Zn離子濃度在相對Ca離子濃度的2～4‰水平時，則顯示出對磷酸鈣納米晶的形態(tài)和相轉化產生促進作用，在較高Sr離子濃度水平(40％)，仍然不可見對OCP成核條件下礦化產物的影響。Mg離子作為細胞為基質中的宏量元素，我們的研究也顯示該離子在較高水平(10～20％)才會對礦化產物納米晶的形貌與物相產生影響。這些研究結果表明，不同微量元素對磷灰石前軀體礦化形象存在顯

9、著差異，Zn離子的影響最為突出，Sr離子則難以看到介導磷灰石前軀體相變的影響，說明該無機離子具有穩(wěn)定磷灰石前軀體物質的作用。
　　 綜上所述，本論文的主要研究結果有助于讓我們對具有防治骨質疏松癥的二膦酸鹽小分子和骨代謝微量元素等物質在直接調控幼骨發(fā)育和骨骼代謝中的作用的新認識，這對進一步理解二膦酸鹽小分子和骨代謝微量元素的生物學功效以及新型骨質疏松性骨損傷材料的設計和構筑方面具有重要意義，同時為骨質疏松癥防治用藥劑量、給藥方式等