碳纳米管(carbon nanotubes， CNTs)具有独特的物理、化学和生物特性，使其在骨组织修复材料的应用中得到广泛关注的热点材料之一。有关CNTs的细胞毒理学研究还不够深入，已公开报道的研究结果也存在着极大的争议。一些研究结果显示CNTs可引起一系列与细胞代谢有关的细胞凋亡、细胞周期间歇、氧化应激反应、细胞信号转导和炎症反应发生。体外骨组织细胞生物兼容性的研究是CNTs在骨组织工程的发展和骨组织工程材料的应用研究中亟待解决的关键科学问题之一。本文结合CNTs毒理学研究新进展，以成骨细胞MC3T3-E1细胞株作为模型细胞，考察两种不同长度的多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotubes，MWCNTs)对MC3T3-E1细胞增殖与分化的影响并探讨其机制。具体如下：　　 采用混合酸化的方法纯化MWCNTs，得到分散性良好的MWCNTs悬液；用多步超声过滤的方法分离出两种不同长度MWCNTs，并用Image J图像处理软件统计分析MWCNTs长度分布。结果表明，短的MWCNTs(short multi-walled carbon nanotubes， S-MWCNTs)的平均长度约为161nm，长的MWCNTs(long multi-walled carbon nanotubes， L-MWCNTs)的平均长度约为681nm;用透射电镜(transmission electron microscope， TEM)、X射线光电能谱(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)、热重分析仪(thermo gravimetric analyzer, TGA)对两种不同长度的MWCNTs进行理化表征分析。结果表明，两种长度的MWCNTs均具备良好的分散性、管径均一，MWCNTs表面获得亲水性羧基基团。　　 MC3T3-E1成骨细胞暴露于两种不同长度的MWCNTs，用WST-1比色分析法测定MWCNTs对MC3T3-E1细胞的毒性效应；碘化丙啶(propidium iodide， PD单染结合流式细胞仪(flow cytometry, FCM)检测细胞凋亡率；吖啶橙/溴化乙锭(acridine orange/ethidium bromide， AO/EB)双染进行细胞凋亡形态学观察。实验结果表明，两种不同长度的MWCNTs均可对MC3T3-E1细胞产生剂量依赖性的毒性效应，且100μg/mL MWCNTs作用MC3T3-E1细胞24h细胞活性与对照组相比出现显着性抑制；FCM分析显示100μg/mL MWCNTs作用细胞24h，与对照组相比，MWCNTs处理后，MC3T3-E1细胞出现典型的细胞凋亡峰(sub-G1峰)；AO/EB染色结果从细胞形态上进一步验证了MWCNTs对MC3T3-E1细胞凋亡的诱导效应。上述结果表明MWCNTs可能通过诱导细胞凋亡作用而导致细胞活性降低。　　 利用异硫氰酸酯(fluorescin isothiocyanate， FITC)-BSA标记MWCNTs，结合激光共聚焦扫描显微镜(confocal laser scanning microscopy， CLSM)观察了两种不同长度的MWCNTs在细胞内的分布与定位情况；利用FCM侧向角散射光特性，定量分析MC3T3-E1细胞对MWCNTs的摄取率；利用荧光显微镜与扫描电镜(scanning electron microscopy, SEM)观察不同长度的MWCNTs对MC3T3-E1成骨细胞粘附的影响。CLSM观察发现，两种长度的MWCNTs均在胞浆中聚集；FCM分析发现细胞摄取MWCNTs呈浓度依赖性，但无长度依赖性；100μg/mLMWCNTs处理细胞24h，细胞粘附数量降低20±0.5％(L-MWCNTs)、23±1.2%(S-MWCNTs)，与对照组相比，出现显着差异(p＜0.05);SEM观察表明MWCNTs处理后MC3T3-E1细胞皱缩。上述结果表明MWCNTs作用于MC3T3-E1细胞，MWCNTs聚集在细胞表面与细胞内部可能导致细胞的粘附能力降低。　　 利用对硝基磷酸苯酚二钠(pNPP)法与茜素红染色(alizarin red staining， ARS)法检测MWCNTs对MC3T3-E1细胞碱性磷酸酶(alkaline phosphatase， ALP)活性与矿化结节形成的成骨分化功能的影响。利用罗丹明荧光素-鬼笔环肽(rhodamine phalloidin)与FITC标记的抗α-tubulin二抗，结合CLSM观察MWCNTs对细胞骨架F-actin与α-tubulin的影响。实验结果表明MWCNTs对MC3T3-E1细胞功能的影响呈浓度与时间依赖性，但是不表现长度依赖性的毒性效应，其机制与MWCNTs导致细胞骨架重组抑制有关。　　 结论：结果表明，S-MWCNTs与L-MWCNTs对MC3T3-E1细胞活性抑制均表现为浓度依赖性，细胞凋亡是诱导细胞活性降低的可能机制；两种长度的MWCNTs均在细胞表面有不同程度的聚集，细胞内部的MWCNTs主要集中在胞浆中，且无明显的长度依赖性，细胞与MWCNTs的相互作用导致细胞的粘附能力下降；ALP与ARS实验结果表明，MWCNTs对MC3T3-E1细胞成骨分化功能抑制表现为浓度依赖性，细胞骨架重组的抑制可能是导致MC3T3-E1细胞成骨分化功能抑制的原因之一。