多孔钛合金支架微弧氧化/碱处理并加载RGD涂层的生物学评价

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目的钛及其合金由于具备优异的生物相容性和良好的力学性能等特点已成为现今临床上最常用的医用骨科和牙科替代材料,但其与骨组织不匹配的弹性模量以及生物惰性等缺点仍然限制了其在组织工程领域的进一步发展。因此,本研究通过选择性激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)3D打印技术打印与骨组织弹性模量相近的多孔钛合金支架,并对其进行微弧氧化(Micro-arc Oxidation,MAO)处理、微弧氧化/碱处理、微弧氧化/碱处理并加载活性Arg-Gly-Asp(RGD)肽涂层处理,通过一系列体外实验研究其对前成骨细胞生物学行为的影响,探究改性后的钛合金的成骨性能。方法1.设计、打印多孔钛合金支架,检测打印支架的孔隙率和弹性模量。2.对多孔支架进行不同表面处理,分为微弧氧化(M)组、微弧氧化/碱处理(MN)组、微弧氧化/碱处理并加载RGD肽(MNR)组。3.用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)观察支架表面微观结构、X线能谱分析仪(Energy Dispersive Spectroscopy,EDS)检测支架表面元素构成、接触角测量仪检测支架表面水滴接触角大小;将小鼠胚胎成骨细胞前体细胞(MC3T3-E1)接种于支架表面,CCK-8实验检测细胞增殖情况;Live/Dead细胞染色检测生物相容性;细胞黏附实验观察细胞在支架表面黏附情况;碱性磷酸酶(Alkaline phosphatase,ALP)活性检测测定各组ALP表达情况;茜素红染色法检测晚期促成骨能力;实时荧光定量PCR(RT-q PCR)检测成骨相关因子Runx2、OPN、OCN m RNA的表达情况。结果1.利用SLM技术打印出的多孔钛合金支架具有良好的精度,且弹性模量与人体骨组织相匹配。2.SEM观察到M组表面形成了MAO处理后独特的火山口样形貌,MN组表面出现了缝隙和鱼鳞状纳米级结构,MNR组可明显观察到加载于其上的RGD分子;EDS结果显示经过一系列表面处理的钛合金引入了Ca、P、N等元素于其表面的膜层内;水滴接触角实验表明接触角在三组间呈现越来越亲水的递减趋势。3.体外细胞实验结果表明,各组材料对细胞均无毒性。MNR组在细胞增殖黏附、ALP活性及上调成骨相关因子Runx2、OPN、OCN m RNA表达等方面均优于M组和MN组,表现出明显的优势。结论1.SLM打印多孔钛合金支架有良好的精度和与人体骨组织匹配的弹性模量。2.三组支架均具有良好的体外生物相容性,MNR组对MC3T3-E1细胞的成骨分化有更为明显的促进作用。
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