钙富集活性引发生物源性羟基磷灰石胞外钙内流依赖性炎症反应

Calcium enrichment activity initiates extracellular calcium influx-dependent inflammatory response of biologically-derived hydroxyapatite.

作者信息Chuangji Li, Mengxi Su, Meihua Mai, Zefeng Guo, Ye Li, Shoucheng Chen, Quan Liu, Danying Chen, Xiayi Wu, Zetao Chen, Zhuofan Chen, Shiyu Wu
PMID39296358
发布时间2024-09-28
DOI10.1016/j.mtbio.2024.101231

实验完整度

包含体外细胞模型、转录组测序、RT-qPCR、ELISA、钙成像、ICP-OES、钙通道阻断和预处理对照等多层级验证。

主要模型

RAW264.7巨噬细胞与PHA共培养模型 PHA800和PHA1600颗粒

重点核对

PHA800和PHA1600的烧结温度分别为800°C和1600°C 共培养模型中PHA颗粒粒径小于250μm,浓度1 mg/mL 钙通道阻断剂FTY720浓度为10 nM,处理6小时 PHA800预处理(DMEM浸泡48小时) 细胞内钙检测时间点为0.5/6/12/24小时

摘要

生物源性羟基磷灰石是一种广泛应用于包括骨增量在内的各种临床应用的生物材料。然而,生物羟基磷灰石的成骨应用受到炎症反应的限制,其潜在机制仍不清楚。本研究旨在阐明生物羟基磷灰石引发炎症反应的分子机制。制备了两种烧结温度(800°C和1600°C)的猪源性羟基磷灰石(PHA),分别为PHA800和PHA1600。建立了PHA/巨噬细胞共培养模型。使用转录组、聚合酶链反应(PCR)和酶联免疫吸附测定(ELISA)分析确定PHA800和PHA1600的炎症效应和激活的主要途径。使用细胞内钙水平、PHA诱导的钙富集和相关生物学效应来确定PHA-细胞界面的分子机制。PHA800以钙内流依赖的方式显著上调TLR4介导的炎症通路,PHA800表面的钙富集活性促进了钙内流。相反,PHA1600和PHA800预处理组的表面钙富集活性减弱,导致钙内流减少和轻度炎症效应。我们的结果为开发引起低水平炎症反应的新型骨替代物提供了基础。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
生物源性羟基磷灰石引发巨噬细胞炎症反应的分子机制是什么?
核心机制
PHA800表面的钙富集活性触发细胞外钙内流,进而激活TLR4介导的炎症通路(包括NOD样受体和NF-κB通路),导致炎症反应。
主要证据
通过转录组测序、RT-qPCR和ELISA验证炎症因子表达,使用钙成像和ICP检测钙富集及内流,利用FTY720阻断钙通道和PHA800预处理实验证实因果关系。
研究意义
为开发低炎症反应的新型骨替代物提供理论依据,并提出通过体外钙富集预处理、有机涂层和微量元素改性等策略来减轻炎症。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立体外共培养模型

确定最适的PHA-巨噬细胞接触方式以评估炎症反应。

比较间接培养、常规尺寸颗粒直接共培养和细颗粒(<250μm)直接共培养,通过CCK-8细胞活力和RNA提取效率筛选模型,最终选择细颗粒直接共培养,浓度1 mg/mL。

2

评估PHA800和PHA1600的炎症效应

比较两种烧结温度下PHA对巨噬细胞炎症反应的影响,并鉴定主要通路。

将RAW264.7与PHA800或PHA1600共培养24小时,使用转录组测序、RT-qPCR和ELISA检测炎症因子表达及富集通路。

3

验证钙内流对炎症的必要性

确定钙内流是否为PHA800诱导炎症反应所必需。

用荧光探针检测细胞内钙浓度,并使用TRPM7通道阻断剂FTY720处理,观察对炎症因子表达的影响。

4

探究钙富集活性的作用

确认PHA800表面的钙富集活性是否通过钙内流调控炎症。

使用ICP-OES检测PHA800和PHA1600在培养基中的钙离子富集;制备PHA800预处理组(DMEM浸泡48小时),比较其与PHA800在细胞内钙水平和炎症因子表达上的差异。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
DMEM培养基Thermo FisherC11885500BT
胎牛血清Thermo Fisher10099141
青霉素-链霉素Thermo Fisher15140122
CCK-8细胞计数试剂盒DOJINDOCK04
TRIzol试剂BeyotimeR0016
逆转录试剂盒YEASEN11141ES60
Hieff qPCR SYBR Green预混液YEASEN11202ES08
TNF-α ELISA试剂盒CUSABIOCSB-E08054m
Fluo-4 AM钙指示剂BEYOTIMES1061S
芬戈莫德----
电感耦合等离子体发射光谱仪Agilent720 ES
精密切割机StruersAccutom-50
扫描电子显微镜HITACHISU8220
透射电子显微镜FEITecnai G2 Spirit
X射线衍射仪PanalyticalEmpyrean
荧光酶标仪BiotekSynergy H1
荧光显微镜ZeissAxio

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
共培养模型建立
PHA颗粒粒径小于250μm,浓度(1 mg/mL等)
阅读提示:图2及材料与方法4.3节
细胞培养
RAW264.7细胞来源、培养基成分、生长条件
阅读提示:材料与方法4.3节
炎症因子检测
共培养时间、RT-qPCR和ELISA的检测指标
阅读提示:材料与方法4.6和4.7节
钙内流检测
Fluo-4 AM浓度、检测时间点、钙通道阻滞剂FTY720浓度和处理时间
阅读提示:材料与方法4.8节
钙富集活性评估
ICP-OES检测条件、PHA800预处理条件(DMEM浸泡48h)
阅读提示:材料与方法4.9节