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生物玻璃(bioglass,BG)是生物活性材料的一种。上个世纪七十年代被发现。目前主要用于各种骨替代、修复、整形、支架等。其广泛的应用与其性质密切相关,首先它具有良好的生物相容性,即对宿主自身组织安全性及功能性无影响。其次它具有良好的生物活性,在体液或模拟体液中,释放可溶性离子Si4+、Ca2+、PO43+、Na+等,这些离子刺激一些基因的表达,使细胞增殖、分化、附着,从而达到组织再生的效果。
中枢神经系统(central nervous system,CNS)是生物体内最重要的系统之一,生物玻璃在移植到人体内后释放的离子的存在可能对CNS产生影响。然而生物玻璃对CNS生物相容性的报道鲜见。随着人口老龄化和现代生活节奏加快,中枢神经系统疾病的患者越来越多,病源性和外伤性的神经损伤不断增加,神经支架、药物载体等不断被应用。生物玻璃对骨及相关组织具有良好的生物相容性和生物活性,提示生物玻璃或许可以应用在CNS的治疗中。这就需要我们探索生物玻璃对CNS的生物相容性和生物活性。
由于CNS的结构和功能的特殊性,所以研究生物玻璃对其的生物相容性和生物活性的方法也跟其他组织不同。首先,用正常大鼠研究生物相容性。用双侧颈总动脉接扎模型(2-vessel occlusion,2VO)使大鼠长期脑血流量灌注不足,引起CNS的弥漫性损伤,在其基础上研究生物活性。
选用Wistar雄性大鼠,分为对照组(Con)、生物玻璃组(BG)、模型组(2VO)和模型+生物玻璃组(2VO-BG)。需生物玻璃处理的两个组腹腔注射生物玻璃浸提液,其他两组腹腔注射磷酸盐缓冲液(phosphate buffered saline,PBS),每天一次,历时14天。两个模型处理组用2VO方法建模,2VO手术后的第24天开始腹腔注射。开始腹腔注射后的第九天开始进行水迷宫实验、水迷宫实验结束后进行长时程增强实验(long-term potentiation,LTP),然后灌流取脑,病理组织切片,进行:HE染色和免疫组化。
结果表明Con组水迷宫实验的逃避潜伏期(14.664±2.424s)与BG组(14.455±1.038s)相比,无统计学差异(P>0.05,n=14)。Con组目标象限时间百分比(48.971±2.048％)与BG组(46.448±1.298％)相比无统计学差异(P>0.05,n=14)。LTP实验中的场兴奋性突触后电位(field excitatory post-synaptic potential,fEPSP)斜率高频刺激(a high frequency stimulation,HFS)后的变化百分比Con组与BG组分别为:134.571±8.354％,152.456±9.394％。fEPSP幅值HFS后变化百分比Con组与BG组分别为:137.2564±6.070％,149.471±5.219％。以上两组比较均无统计学差异(p>0.05,n=14)。HE染色结果、免疫组化神经胶质原纤维蛋白(glial fibrillary acidic protein,GFAP)和生长相关蛋白43(growth-associatedprotein-43,GAP-43)表达都没明显差异。说明生物玻璃浸提液对CNS未见损伤影响。
同时,2VO组水迷宫的逃避潜伏期(20.045±2.462s)与Con组(14.664±2.424s)相比,时间延长(P<0.01,n=14)；2VO-BG组(13.113±2.604s)与2VO组相比,时间缩短(P<0.05,n=14)。2VO组目标象限百分比(37.464±2.309％)与Con组(48.971±2.048％)相比,百分比减小(P<0.01,n=14)；2VO-BG组(48.3±3.162％)与2VO组相比,百分比增加(P<0.05,n=14)。提示生物玻璃浸提液改善了水迷宫实验中2VO导致的大鼠空间学习记忆能力受损。LTP实验中,2VO组fEPSP斜率HFS后的变化(107.659±6.504％)与Con组(134.571±8.354％)相比,变化减小(P<0.05,n=14)；2VO-BG组(124.072±5.136％)与2VO组相比,变化增大(P
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