【摘 要】
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天然骨的细胞外基质主要由胶原和羟基磷灰石构成,这正是骨植入修复材料倾向于选用磷酸钙陶瓷为主体或改性成分的主要依据。但实际上,天然骨的无机质并非纯的羟基磷灰石,它富含各种微量元素,如Mg、Sr、Cu、Ba等,这些元素在骨的发育过程中发挥重要作用,具有调控成血管、生物矿化、细胞迁移等多重生理功能,因此在研究中常被用来增强骨植入材料的促成骨活性,提高修复效率和功能重建。然而,目前实际在临床应用的诸多骨植
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天然骨的细胞外基质主要由胶原和羟基磷灰石构成,这正是骨植入修复材料倾向于选用磷酸钙陶瓷为主体或改性成分的主要依据。但实际上,天然骨的无机质并非纯的羟基磷灰石,它富含各种微量元素,如Mg、Sr、Cu、Ba等,这些元素在骨的发育过程中发挥重要作用,具有调控成血管、生物矿化、细胞迁移等多重生理功能,因此在研究中常被用来增强骨植入材料的促成骨活性,提高修复效率和功能重建。然而,目前实际在临床应用的诸多骨植入材料,都尚不具备控释生物活性离子的功能。针对这一现状,本论文以在齿科修复中应用的两类重要植入材料,即钛合金种植体和骨填充陶瓷颗粒为对象,开展了在材料表面负载生物活性离子Mg2+和Sr2+,提高植入物成骨活性成分的研究,其中,Mg2+具有显著的成血管和募集细胞的功能,Sr2+具有促矿化沉积的功能。基于聚阳离子溶液和聚阴离子溶液的层层自组装涂覆是一种常用的简单表面改性方法,将生物活性离子以一定浓度分散于聚合物溶液中,可方便地在钛合金和骨填充陶瓷颗粒表面实现生物活性离子的负载和控制释放。主要工作如下:(1)钛合金(Ti6Al4V)模量与天然骨接近,具有较好的抗腐蚀性能和生物相容性,是目前口腔种植体的主要材料。但由于钛表面容易形成生物惰性层,常通过表面喷砂、微纳化处理提高活性,改善植入后与周围骨组织的整合性。本研究通过碱热处理钛合金片表面,以透明质酸溶液和壳聚糖溶液交替涂覆进行层层自组装,并在溶液中引入不同比例的Mg2+和Sr2+,在负压条件下,成功制备了表面纳米微观形貌未显著被改变、Mg2+/Sr2+均匀负载的钛合金片。通过检测两种离子的释放行为,以及骨髓间充质干细胞(BMSCs)的增殖与成骨分化表达,发现:成功地对钛合金片进行了表面改性,通过调节聚阴离子和聚阳离子溶液浓度,以及掺杂离子的浓度和比例,获得了持续可控的Mg2+/Sr2+释放行为。改性后的钛合金片有着良好的生物相容性,并且当锶镁投入量在1:2时促进BMSCs成骨分化的效果最好。(2)牙槽骨骨量不足不利于种植体手术的开展临床应用,常需通过填充引导骨再生材料进行骨增量手术,由动物天然骨质经过煅烧获得的无机颗粒是主要的骨填充材料之一,主要成分为高结晶度的羟基磷灰石,具有显著的骨引导作用,但骨诱导活性不足。本研究将在前述钛合金表面改性研究中获得的优化涂层体系,即使用含有0.1mol/L Sr2+、0.2mol/L Mg2+的透明质酸溶液与壳聚糖溶液进行层层自组装,应用于煅烧牛松质骨颗粒的表面改性,表征了负载Mg2+/Sr2+活性离子有机涂层对其微观形貌、离子溶出、细胞增殖和成骨分化行为的影响规律,发现:成功对骨颗粒颗粒进行了表面改性,其表面形貌并未有明显改变,离子释放行为与钛合金片表面涂层的离子释放规律一致。改性后的骨颗粒有着优异的生物相容性,并且在成血管成骨方面都有着明显的促进作用。综上,采用聚阴离子和聚阳离子层层组装负载生物活性离子,是一种简便有效的、可用于骨植入物的表面改性方法,本论文研究为开发新一代适用于口腔治疗的修复材料奠定了基础。
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