纯钛表面TiO_2纳米管结合Ⅰ型胶原促进成骨细胞黏附和骨结合

背景:有研究报道,单纯纳米管改性的钛种植体表面可促进体外成骨细胞的黏附、增殖、分化,胶原涂层也具有增强成骨细胞黏附和体内骨结合的作用。目的:在纯钛表面制备TiO_2纳米管结构表层并结合Ⅰ型胶原,观察改性后的纯钛表面对体外成骨细胞黏附和体内骨结合的影响。方法:采用阳极氧化处理在纯钛表面制备TiO_2纳米管涂层,并结合Ⅰ型胶原,采用扫描电镜观察、接触角测定对纯钛(纯钛组)、TiO_2纳米管(纳米管组)和TiO_2纳米管结合Ⅰ型胶原(胶原/纳米管组)3种表面进行表征。将MC3T3-E1小鼠前成骨细胞株分别接种于3组材料上,培养4h后,利用扫描电镜观察细胞黏附形态,倒置荧光显微镜观察细胞黏附计数,激光共聚焦显微镜观察细胞骨架与黏附斑蛋白表达,实时荧光定量PCR分析黏附斑蛋白与护骨素基因表达。将3组试样分别植入SD大鼠(中国医学科学院放射医学研究所实验动物中心提供)胫骨内,4周后取胫骨标本,分别进行生物力学推出实验与组织学观察。结果与结论:①扫描电镜显示,纯钛表面仅可见机械打磨的划痕;纳米管组表面形成了可控、均一的垂直排列的纳米管状结构,管径约70 nm;胶原/纳米管组表面纳米管结构周围可见胶原附着,封闭了部分管口;②胶原/纳米管组的亲水性大于纳米管组、纯钛组(P<0.05);③与纯钛组、纳米管组比较,胶原/纳米管组成骨细胞黏附数目增加(P <0.05),细胞伸展完全,骨架结构明显,黏附斑蛋白表达强度高(P <0.05),黏附斑蛋白和护骨素基因表达升高(P <0.05);④动物体内植入实验显示,胶原/纳米管组最大推出力显著高于纯钛组、纳米管组(P<0.05);苏木精-伊红染色显示,纯钛组种植体周围骨质较少,可见较多的纤维结缔组织;纳米管组种植体周围新生骨较多,纤维结缔组织较少;胶原/纳米管组种植体周围形成结构致密的新生骨,仅残留菲薄的纤维结缔组织;⑤结果表明,纯钛表面TiO_2纳米管结合Ⅰ型胶原的新型改性方法,可有效增强体外成骨细胞的黏附,促进体内骨结合。

载锌纳米管钛种植体促进骨结合的实验研究

目的研究载锌纳米管钛种植体表面对动物体内骨结合的影响。方法通过阳极氧化方法在纯钛表面获得TiO2纳米管阵列结构,并采用水热处理法将锌加载到TiO2纳米管表面。采用扫描电镜观察对纯钛(Ti)、纳米管(TNT)和载锌TiO2纳米管(Zn/TNT)三种样本表面进行表征。通过XPS检测样本表面的化学组成。将三种表面的钛棒植入大鼠股骨内,通过Masson染色评价体内种植体骨结合效果。结果扫描电镜结果显示,在纯钛表面成功制备了纳米管和载锌纳米管结构的表面,X射线光电子能谱分析验证了锌离子的成功加载。建立大鼠股骨种植体植入体内动物模型,标本的组织形态学Masson染色提示,TNT组,特别是Zn/TNT组的种植体与纯钛组相比,周围可见更多的新生骨形成,骨质更为致密。结论纯钛表面TiO2纳米管加载锌离子改性后的表面可有效改善动物体内种植体周围新骨形成的质量,促进早期骨结合,具有较好的应用前景。