经微弧氧化/碱处理并加载RGD肽涂层多孔钛合金支架的制备及其生物学特性

目的:通过3D打印技术打印多孔钛合金支架,研究其表面微弧氧化(MAO)/碱处理并加载精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)肽涂层对前成骨细胞生物学行为的影响。方法:设计并打印3D多孔钛合金支架,对其进行不同表面处理后分为MAO组、MAO/碱处理(MN)组、MAO/碱处理加载RGD肽(MNR)组,另设空白对照组。检测各组多孔钛合金支架的弹性模量,扫描电子显微镜(SEM)观察各组多孔钛合金支架表面微观结构,能谱分析仪(EDS)检测各组多孔钛合金支架表面元素构成,接触角测量仪检测各组多孔钛合金支架表面水滴接触角大小。将小鼠胚胎成骨细胞前体细胞(MC3T3-E1细胞)与各组支架共培养,CCK-8法检测各组多孔钛合金支架表面细胞增殖活性,Live/Dead细胞染色法检测各组多孔钛合金支架的生物相容性,细胞黏附实验观察各组细胞在多孔钛合金支架表面黏附情况,采用碱性磷酸酶(ALP)试剂盒检测各组细胞ALP活性,实时荧光定量PCR(RT-qPCR)法检测各组细胞中Runt相关转录因子2(Runx2)、骨桥素(OPN)和骨钙素(OCN)mRNA表达水平。结果:3D打印多孔钛合金支架的弹性模量为(1.17±0.62)GPa。SEM观察,MAO处理后的多孔钛合金支架表面呈现火山口样形貌,碱处理后出现细小裂纹并呈现纳米级鱼鳞结构,加载RGD肽涂层的多孔钛合金支架表面观察到散在的RGD颗粒。EDS检测,MNR组支架表面RGD涂层成功加载。接触角测量仪检测,多孔钛合金支架表面接触角MAO组>MN组>MNR组。CCK-8法,培养第1、3和5天时3组细胞增殖活性均呈增长趋势,培养第3和5天时各组细胞增殖活性组间比较差异均有统计学意义(P<0.05或P<0.01)。Live/Dead细胞染色,3组支架均具备良好的体外相容性。细胞黏附实验,共培养48 h后,MNR组细胞数量和形态伸展均优于MAO组和MN组。培养第7天时,与MAO组比较,MNR组细胞ALP活性明显升高(P<0.01),培养第14天时3组细胞ALP活性组间两两比较差异均有统计学意义(P<0.05或P<0.01)。RT-qPCR法检测,培养第7天时,与空白对照组和MAO组比较,MN组和MNR组细胞中Runx2和OPN mRNA表达水平均明显升高(P<0.01),MNR组细胞中OCN mRNA表达水平明显升高(P<0.05);培养第14天时,MAO组、MN组和MNR组细胞中Runx2和OPN mRNA表达水平组间两两比较差异均有统计学意义(P<0.05或P<0.01),与空白对照组比较,MAO组、MN组和MNR组细胞中OCN mRNA表达水平均明显升高(P<0.01)。结论:3D打印多孔钛合金支架具有与人体骨组织匹配的弹性模量,支架表面MAO/碱处理并加载RGD肽涂层对MC3T3-E1细胞无毒性且对其成骨分化有促进作用。