医用钛植入体表面骨诱导型降解涂层的构建及生物活性调控

来源 :华东理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kel002
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钛及钛合金具有质轻、无毒、易加工、生物相容性好、弹性模量与人骨相近等一系列优点,作为植入材料,已被广泛用于外科修复和美容整形领域。但是临床应用发现,钛植入体在植入后的初期稳定性不佳、成骨活性不足,进而导致初期长入缓慢,甚至引起关节松动和脱落。因此,为了提高骨整合效果、满足临床需求,迫切需要高效的改性方法进一步提高钛植入材料表面的生物学活性。  微纳表面以及活性因子的负载对促进金属材料的生物活性有着显著的影响,因此,本文首先采用喷砂酸蚀方法(SLA)在纯钛表面构建微米级的孔洞结构,其后利用氧等离子体(plasma)亲水化处理表面,接着采用静电喷涂的方式,在表面构建载有生长因子的可降解壳聚糖涂层。以胎牛血清蛋白(BSA)为模型蛋白,将其与壳聚糖溶液喷涂于表面之后,通过体外释放实验评价钛片表面的蛋白固载和控释行为。结合细胞生物学评价,系统地研究了涂层材料/结构和rhBMP-2释放的协同作用对成骨细胞的粘附、生长、以及诱骨能力的影响规律。实验结果表明:喷砂酸蚀法使纯钛表面形成了微米级(0.5μm-5μm)蜂窝孔洞状疏水结构,表面粗糙度显著增加。相比SLA钛表面,plasma处理后的表面形貌和粗糙度没有明显变化,但是表面的亲水性明显增强,不仅有利于静电涂层的均匀性,而且有利于增强涂层与基质材料的结合强度。相比其他固载方式,静电喷涂法不仅提高了蛋白的固载效率,而且明显减弱了突释现象。调整喷涂参数(喷涂时间、蛋白浓度)可以有效调控蛋白因子的装载量和释放行为。细胞实验表明,经不同处理的钛片表面对细胞的粘附与增殖均有不同程度的促进作用,其中,ES-P-SLA的促进效果最为明显。同时,由于生长因子rhBMP-2的固载,ES-P-SLA钛片表面BMSCs细胞表现出很好的诱导成骨效果。因此,具有微米孔洞结构、载有活性因子的降解涂层不仅促进了成骨细胞的初期粘附和增殖,并且具备了显著的骨诱导性能。  临床使用的威高牙种植体表面疏水,采用plasma处理-静电旋涂的工艺后,在其表面形成载有rhBMP-2的壳聚糖涂层。SEM形貌观察验证了旋转喷涂的方式可以在牙种植体表面形成均匀的涂层包裹,固载于表面的蛋白分子具有良好的缓释能力,蛋白的释放速度和累积释放总量可以通过喷涂参数的选择得以调控。BMSCs细胞生物学评价揭示了表面改性能够促进BMSCs细胞的增殖以及向微孔中生长,携载rhBMP-2活性涂层的ALP表达高于医用威高种植体表面。因此,在种植体表面构建的rhBMP-2活性涂层能有效促进细胞的粘附、生长、增殖、以及成骨活性,对于临床的应用具有重要的意义。
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