【摘 要】
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双相磷酸钙（Biphasic calcium phosphate,BCP）因其可调控的生物降解性能与生物活性被广泛研究,但双相磷酸钙也存在骨诱导性能和成血管性能不足以及力学性能较差的问题,限制其临床的广泛应用。本研究通过引入二元生物活性离子,改善双相磷酸钙的成骨与成血管性能,并在此基础上,利用功能性涂层对双相磷酸钙进行表面改性,旨在通过功能性涂层早期降解诱导成血管的快速发生,从而改善骨修复效果。采
【基金项目】
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国家重点研发计划（2016YFB0700803）；
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双相磷酸钙（Biphasic calcium phosphate,BCP）因其可调控的生物降解性能与生物活性被广泛研究,但双相磷酸钙也存在骨诱导性能和成血管性能不足以及力学性能较差的问题,限制其临床的广泛应用。本研究通过引入二元生物活性离子,改善双相磷酸钙的成骨与成血管性能,并在此基础上,利用功能性涂层对双相磷酸钙进行表面改性,旨在通过功能性涂层早期降解诱导成血管的快速发生,从而改善骨修复效果。采用化学沉淀法制备出Zn掺杂量为2.5 mol.%的β-磷酸三钙,同时采用化学沉淀法辅以水热法制备出Si O44-掺杂量从0～8 mol.%梯度变化的羟基磷灰石（Hydroxyapaite,HAp）。将锌掺杂β-磷酸三钙（β-TCP）与硅掺杂羟基磷灰石以质量比60:40进行机械混合得到双相磷酸钙粉体,经3D打印制备出硅/锌掺杂双相磷酸钙陶瓷支架。研究表明,锌掺杂可赋予BCP良好的抗压强度与成骨活性;在此基础上复合Si O44-掺杂HAp,随着HAp的Si O44-掺杂量增大,BCP陶瓷支架的BSA蛋白吸附性能和体外降解能力逐渐提升。将小鼠间充质干细胞（m BMSCs）和人脐静脉内皮细胞（HUVECs）分别与硅/锌掺杂BCP陶瓷支架共培养发现,硅/锌掺杂能显著促进细胞成骨与成血管相关基因的表达,其中以2.5Zn/4Si-BCP促进效果为最佳。透明质酸与明胶大分子均可介导细胞行为促进血管再生。通过酰胺化反应将多巴胺与透明质酸接枝,甲基丙烯酸酐与明胶接枝,形成不同接枝度的接枝物,然后分别利用氧化诱导交联与光引发自由基聚合反应在2.5Zn/4Si-BCP陶瓷支架表面形成适宜细胞生长的水凝胶微环境。研究表明,水凝胶表面改性能够改善BCP陶瓷支架的力学性能,赋予其一定的韧性。将m BMSCs和HUVECs分别与水凝胶涂覆的2.5Zn/4Si-BCP陶瓷支架共培养发现,甲基丙烯酸明胶水凝胶能促进成骨相关基因的表达;取代度为15.0%和34.5%的多巴胺修饰透明质酸水凝胶能显著促成血管相关基因的表达。硅酸钙在体内的降解性能显著优于双相磷酸钙材料。采用化学沉淀法制备出镁掺杂量从0～20 mol.%梯度变化的镁掺杂硅酸钙前驱体浆料,通过负压渗透涂覆的方式对2.5Zn/4Si-BCP陶瓷支架进行表面改性。离子释放测试显示,镁掺杂硅酸钙涂层比基体的离子释放速率更快,能早期释放促成血管。将m BMSC和HUVECs分别与镁掺杂硅酸钙渗透涂覆改性2.5Zn/4Si-BCP陶瓷支架共培养发现,镁掺杂硅酸钙表面改性能显著促进HUVECs的成血管相关基因的表达以及m BMSCs的成骨分化,其中以镁掺杂量为10 mol.%的效果最佳。
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