3D打印聚乳酸树脂肱骨结合生物活性涂层促进成骨细胞的黏附及抗菌能力

背景:聚乳酸具有良好的生物韧性和生物相容性,但生物惰性限制了聚乳酸树脂种植体植入体内后与周围组织的相互作用。因此,提高聚乳酸树脂的生物活性、改善骨结合性能的研究逐渐成为生物材料的热点问题。目的:观察聚乳酸树脂及其结合不同生物活性涂层对成骨细胞黏附、增殖及分化的影响,分析其抗菌能力。方法:3D打印聚乳酸仿生肱骨试件,并在其表面分别制备壳聚糖-α-β-GP温敏水凝胶涂层与壳聚糖纳米颗粒涂层。将MC3T3-E1细胞分别接种于3D打印聚乳酸仿生肱骨(空白组)、含壳聚糖-α-β-GP温敏水凝胶涂层3D打印聚乳酸仿生肱骨(水凝胶组)与含壳聚糖纳米颗粒涂层3D打印聚乳酸仿生肱骨(纳米颗粒组)表面,观察细胞的黏附、增殖与分化情况,检测细胞黏附斑、护骨素的基因与蛋白表达及p65、p-p65蛋白表达水平,检测细胞的白细胞介素6分泌量。将革兰阳性与革兰阴性细菌分别接种于3种试件表面,观察试件表面的细菌黏附情况。结果与结论:①接种8 h,纳米颗粒组细胞黏附数量多于水凝胶组、空白组(P<0.05),水凝胶组多于空白组(P<0.05);②纳米颗粒组、水凝胶组培养2,4,6,8 d的细胞增殖活力高于空白组(P<0.05);③培养6 d后,纳米颗粒组、水凝胶组的细胞黏附斑及护骨素基因与蛋白表达均高于空白组(P<0.05),纳米颗粒组高于水凝胶组(P<0.05);④培养8 d后,纳米颗粒组、水凝胶组的碱性磷酸酶活性与白细胞介素6分泌量高于空白组(P<0.05),纳米颗粒组高于水凝胶组(P<0.05);纳米颗粒组p-p65蛋白水平高于水凝胶组(P<0.05),水凝胶组高于空白组(P<0.05);⑤纳米颗粒组对抗革兰阳性与革兰阴性细菌的能力强于水凝胶组、空白组(P<0.05),水凝胶组强于空白组(P<0.05);⑦结果表明,3D打印聚乳酸肱骨结合-α-β-GP温敏水凝胶和壳聚糖纳米颗粒生物活性涂层均可有效促进成骨细胞的黏附、增殖及碱性磷酸酶与抗菌因子的分泌,提高抗菌能力,该作用可能与激活NF-κB信号通路有关。