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目的:假体周围骨溶解(Periprosthetic Osteolysis,PPO)和随后发生的无菌性松动是关节成形术失败的主要原因。磨损颗粒诱导破骨细胞活化是导致PPO的关键因素。因此,我们设计了 一种可以与钛金属紧密黏附的贻贝衍生肽(DOPA)4-S5-GRGDS,目的是抑制破骨细胞活化,防治PPO,提高人工关节置换术的疗效。方法:(DOPA)4-S5-GRGDS多肽是以整合素为靶点的GRGDS肽和与金属钛亲和并应用于钛基假体植入物的表面生物功能化具有儿茶酚基团的四肽(DOPA)4共同组成。我们采用标准fmoc固相肽合成策略制备了贻贝生物活性肽。为了将DOPA单元引入到序列中,我们使用了丙酮保护其羟基-OH,并在N-末端用乙酰基封端终肽。我们认为,通过共价键与非共价键的力学作用,多肽可以轻易粘附与氧化钛表面,从而改性材料表面。在钛片经过多肽溶液浸泡1小时后,我们采用X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)和原子力显微镜(atomic force microscopy,AFM)分析技术对贻贝源肽(DOPA)4-S5-GRGDS的ESI-MS进行了研究。同时,我们也在体内和体外研究了这种仿生肽涂层对钛颗粒诱导的骨溶解和破骨细胞激活的影响。体内实验中,我们将36只SD大鼠随机分为三组:对照组(Control组)、模型组(Vehicle组)和整合素靶向多肽干预(DOPA)4-S5-GRGDS组。在严格无菌条件下,SD大鼠接受双侧股骨远端髓内钛棒植入术。在Vehicle组和(DOPA)4-S5-GRGDS组中,将100μL钛颗粒悬浮液(40%)预先注入髓腔内。Control组则使用相同体积的PBS。最后,将经多肽表面改性和未改性的钛钉植入髓腔,缝合手术伤口。术后6周,腹腔注射过量水合氯醛溶液,诱导安乐死。以大鼠双侧股骨为研究对象进行Micro-CT 扫描、苏木精—伊红染色法(hematoxylin-eosin staining,H&E)、免疫组化染色等组织学实验。体外实验中,我们通过在使用多肽改性后的Ti金属细胞培养板诱导和培养破骨细胞分化,通过抗酒石酸染色(Tartrate Resistant Acid Phosphatase,TRAP),逆转录-聚合酶链反应(Reverse Transcription-Polymerase Chain Reaction,Rt-pcr),免疫荧光染色和蛋白质免疫印迹试验(Westernblot)等技术观察(DOPA)4-S5-GRGDS肽对破骨细胞活化的作用。结果:贻贝来源的整合素靶向肽可以过共价键与非共价键的协同作用,很容易地粘附在二氧化钛表面,从而改性钛基材料表面。在体内试验中我们发现,(DOPA)4-S5-GRGDS可以有效减轻模拟假体周围磨损颗粒诱导的骨溶解,通过骨小梁接触面积定量分析的平均组织形态测量值显示,与Vehicle组(19.88±3.093%)相比,肽(DOPA)4-S5-GRGDS组(62.30±5.179%)有近3倍的增强,进而防止骨丢失和骨破坏。在体外实验中,我们发现(DOPA)4-S5-GRGDS多肽处理后的第五天,破骨细胞的数量从133.7±6.82个/孔减少到86.33±3.887个/孔,面积从0.75±0.04减少到0.3767±0.01,说明其够有效抑制破骨细胞的形成。在进一步研究中,我们通过整合素β3和肌动蛋白免疫荧光共定位染色和免疫印迹试验确定整合素靶向肽涂层通过特异性结合整合素αvβ3亚基抑制破骨细胞的细胞外基质的完整性,从而影响破骨细胞相关功能。最后,我们通过免疫荧光染色定位p65的入核实验和免疫印迹试验分析相结合,得出整合素靶向肽能够有效调控PI3K/Akt和NF-κB信号通路,从而抑制破骨细胞的活化。结论:这项研究工作证实了贻贝衍生的整合素靶向肽涂层在预防钛基材料假体磨损颗粒诱导的PPO方面的有效性。我们的研究表明,贻贝源性整合素靶向肽可以改善假体周围的骨量,减轻体内磨损颗粒引起的骨溶解。体外研究进一步表明,整合素靶向肽涂层能够有效抑制破骨细胞的活化,干扰破骨细胞的功能。其作用机制是通过阻断整合素αVβ3/PI3K/Akt/NF-κB信号通路来抑制破骨细胞的形成和激活。考虑到表面改性策略的简单性,肽涂层的高度仿生性,以及上述所证明的有效假体周围骨溶解的抑制,我们的研究将为改善钛基假体植入物的临床效果提供一种简便有效的手段。