钛及钛合金由于其生物惰性和良好机械性能,而被广泛应用于生物医用植入材料。但经长期临床植入后发现:一方面,植入体金属离子会扩散到周围组织,诱发溶骨细胞因子的释放,导致植入体的松动;另一方面,钛材耐磨性差,产生的磨屑会影响宿主周边组织,引发不良反应。因而,进一步提高钛材的抗腐蚀和抗摩擦性能,是临床上亟待解决的难题之一。骨髓间充质干细胞(Bone marrow mesenchymal stem cells, MSCs)具有高度的自我更新能力和多向分化潜能,已被广泛应用于生物医学工程领域,比如骨组织工程。如何为骨髓间充质干细胞构建适宜的细胞微环境,促进MSCs的增殖及向成骨细胞定向分化,是目前研究的热点主题之一。本文旨在通过改善钛材的相关特性,进而促进骨髓间充质干细胞在钛材表面向成骨细胞分化的能力。本文包含如下具体研究内容:1.钛材的表面处理:为了达到最佳处理效果,选择4M,6M,8M,10M KOH溶液,采用碱热法对钛材表面处理,在钛材表面原位形成钛酸钾层,然后利用仿生法在处理后的钛材表面沉积磷灰石。我们利用场发射扫描电镜(FE-SEM)、X射线能谱(EDS)、原子力扫描电镜(AFM)、电化学阻抗谱法(EIS)和X射线衍射(XRD)进行表征。结果表明8M KOH的处理效果最好,表面形成了不均一的棒状结构,均方根粗糙值为280±29 nm,厚度约2.09μm的钛酸钾薄层;钛酸钾薄层修饰的钛材表面的电荷传递阻抗(Rct)大小为1.096×106?cm2较未处理的5.7×105?cm2明显增大;进一步仿生沉积处理后钛材表面形成磷灰石颗粒。2.大鼠MSCs的分离、培养及鉴定:本实验采用密度梯度离心法与贴壁筛选法结合分离培养大鼠MSCs。倒置相差显微镜的观察结果表明:密度梯度离心法与贴壁筛选法分离培养得到的第三代细胞呈均一成纤维细胞样形态。利用流式细胞术(FCM)对细胞表面相关抗原的表达进行检测,结果表明:细胞表面抗原CD29、CD45(造血干细胞标记物)阳性表达率分别为99.66%、0.48%,从而确定得到的细胞为纯度较高的MSCs。3.大鼠MSCs在改性钛材表面的增殖及分化:四唑盐比色法用于测定细胞的增殖,结果表明:在经过碱热处理、以及碱热处理结合仿生沉积磷灰石的钛材表面的MSCs较在比未处理钛材表面的具有更好的增殖(p<0.05或p<0.01)。同时,我们分别测定了反映成骨细胞前期和后期分化的碱性磷酸酶活性和骨钙素的表达。结果表明:经过7天和14天培养,在经碱热处理结合仿生磷灰石沉积的钛材表面的MSCs的碱性磷酸酶和骨钙素的表达水平,较未处理的钛材表面的MSCs具有显著性差异(p<0.05或p<0.01)。本研究表明:通过碱热处理和仿生磷灰石沉积,提高了钛材的抗腐蚀性能和生物相容性,促进了骨髓间充质干细胞向成骨细胞的分化。本研究成果为骨髓间充质干细胞在骨再生和骨固定方面的应用提供了坚实的理论基础,拓宽了骨组织材料的研究领域。