鈦銅合金納米相生物相容性及其對(duì)成骨細(xì)胞功能影響：體內(nèi)與體外研究.pdf

1、目的:
　　新材料生物相容性與抗感染能力對(duì)成骨有同樣的重要性。鈦金屬是一種比較惰性的生物材料，這種惰性特征導(dǎo)致其生物活性差，不能與骨組織發(fā)生牢固的結(jié)合等缺點(diǎn)。為了避免這些鈦金屬的缺陷，目前最有效的辦法就是對(duì)鈦金屬進(jìn)行表面改性，如表面制備生物活性涂層和表面納米管形態(tài)改良。
　　光滑表面優(yōu)先誘導(dǎo)纖維組織生長，而不是骨組織的生長。而納米結(jié)構(gòu)表面可以增強(qiáng)成骨細(xì)胞的功能從而降低成纖維細(xì)胞。
　　鈦金屬材料在植入人體前經(jīng)過嚴(yán)格的消

2、毒滅菌，但是并不能完全避免材料的感染發(fā)生。而抗感染和阻止生物被膜形成最好的辦法是防止細(xì)菌在植入物表面粘附。當(dāng)前的相關(guān)研究傾向于在抗菌和促成骨之間尋找一種平衡，如制備鈦銅合金和鈦銀合金材料。
　　當(dāng)生物材料植入物植入于人體后，生物材料表面與周圍骨和軟組織之間的相互作用對(duì)細(xì)胞分化和骨整合是十分關(guān)鍵的，而鈦納米管對(duì)成骨細(xì)胞行為和功能有良好的影響。多數(shù)體外研究顯示，獨(dú)特未添加成骨化學(xué)物質(zhì)的納米結(jié)構(gòu)材料能夠控制和提高成骨細(xì)胞分化和細(xì)胞粘附能

3、力。另外，銅金屬有良好的抗菌作用，但作為一種重金屬元素其生物相容性收到質(zhì)疑，含有微量銅離子的鈦金屬是否具有良好的生物相容性是應(yīng)用于臨床治療的前提。
　　納米技術(shù)領(lǐng)域的主要存在的而未確定的問題是其臨床應(yīng)用安全問題。目前，納米材料對(duì)健康的影響是未知的。由于植入材料的能發(fā)生降解，納米顆?？梢噪S著時(shí)間推移被釋放到全身器官。此外，納米顆粒可能對(duì)那些被制造的或處理的骨科納米復(fù)合物植入物潛在危害性。納米顆粒的代謝涉及各器官系統(tǒng)，包括血液、肝臟和

4、腎臟，并可能導(dǎo)致炎癥和氧化應(yīng)激反應(yīng)。一些研究表明，納米顆粒組成的材料與增加腦和肺細(xì)胞毒性相關(guān)的。而其他人則認(rèn)為，納米顆粒磨屑實(shí)際上可能促進(jìn)骨和肺組織細(xì)胞活性。雖然仍處于起步階段，納米技術(shù)已經(jīng)在骨科基礎(chǔ)科學(xué)和臨床前期研究領(lǐng)域打牢基礎(chǔ)了?，F(xiàn)在我們?cè)谂R床試驗(yàn)中看到的應(yīng)用納米技術(shù)的早期積極的結(jié)果正在實(shí)現(xiàn)其巨大的潛力。大量的基礎(chǔ)科學(xué)的研究表明，許多納米技術(shù)理論在骨科中的應(yīng)用有良好的前途。
　　為了使新材料能安全、有效地應(yīng)用于臨床治療，除了考

5、察已知的理化性能外，還必須進(jìn)行生物相容性的相關(guān)試驗(yàn)。若能夠使用鈦銅合金納米管材料來替代常規(guī)的商業(yè)鈦內(nèi)置物，將能在一定程度上減少內(nèi)置物周圍的細(xì)菌感染性的發(fā)生同時(shí)促進(jìn)成骨細(xì)胞功能。本研究將含1％銅金屬的新型鈦銅合金納米管(NT-TiCu)與鈦納米管(NT-Ti)進(jìn)行生物相容性比較，并將商業(yè)鈦(Cp-Ti)作為陰性對(duì)照組同時(shí)進(jìn)行研究。
　　方法:
　　采用陽極氧化技術(shù)制備鈦納米管及含1％銅金屬的鈦銅合金納米管。分別將陽極氧化技術(shù)制

6、備的鈦納米管、鈦銅合金納米管和商業(yè)鈦通過掃描電子顯微鏡觀察表面形貌;同時(shí)通過掃描電子顯微鏡上X射線能譜儀(EDX)分析鈦銅合金納米管的成分。將小鼠成骨細(xì)胞(MC-3T3-E1)在三種材料上培養(yǎng);用掃描電子顯微鏡觀察材料上的細(xì)胞粘附與形態(tài)。通過細(xì)胞活性MTT、堿性磷酸酶和細(xì)胞鈣含量檢測培養(yǎng)在材料表面上的成骨細(xì)胞活性和成骨功能。進(jìn)行細(xì)胞骨架染色觀察成骨細(xì)胞在材料表面形態(tài)和粘附。通過吖啶橙溴化乙錠(AO/EB)染色觀察成骨細(xì)胞在材料表面凋亡。

7、體內(nèi)實(shí)驗(yàn)采用股骨髓腔內(nèi)植入模型進(jìn)行植入三種材料，采用蘇木精和伊紅(H&E)染色觀察新生骨形成。利用小鼠顱骨骨溶解模型觀察三種材料顆粒的影響，采用H&E染色和微CT進(jìn)行觀察三種材料顆粒對(duì)顱骨骨溶解和炎性反應(yīng)。
　　結(jié)果:
　　掃描電子顯微鏡顯示鈦銅合金納米管排列規(guī)則，納米管管徑約為100納米左右，掃描電子顯微鏡上X射線能譜儀(EXD)分析示納米管表面物質(zhì)的化學(xué)成分。掃描電子顯微鏡顯示小鼠成骨細(xì)胞在鈦銅合金納米管表面形態(tài)良好，細(xì)

8、胞粘附優(yōu)于商業(yè)鈦。24小時(shí)的MTT結(jié)果顯示商業(yè)鈦與鈦納米管優(yōu)于鈦銅合金納米管(p＜0.05)，但在72小時(shí)的MTT結(jié)果鈦納米管與鈦銅合金納米管優(yōu)于商業(yè)鈦(p＜0.05)，而鈦納米管與鈦銅合金納米管無區(qū)別（p＞0.05）。堿性磷酸酶結(jié)果顯示不同材料試樣表面細(xì)胞的活性不同，尤其在120h，鈦銅合金納米管與鈦納米管活性優(yōu)于商業(yè)鈦(p＜0.05)。12天和17天時(shí)，細(xì)胞鈣沉積在鈦銅合金納米管與鈦納米管高于商業(yè)鈦(p＜0.05)，各組試樣表面鈣元

9、素含量的變化趨勢與其表面細(xì)胞的堿性磷酸酶活性變化趨勢相似。細(xì)胞形態(tài)及細(xì)胞骨架在鈦銅合金納米管與鈦納米管相比稍差，但仍然優(yōu)于商業(yè)鈦。鈦銅合金納米管，鈦納米管與商業(yè)鈦的細(xì)胞凋亡無區(qū)別（p＞0.05）。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)股骨新生骨量在鈦銅合金納米管與鈦納米管無區(qū)別(p＞0.05)，而且納米管結(jié)構(gòu)明顯高于商業(yè)鈦(p＜0.05)。商業(yè)鈦顆粒引起明顯的炎性反應(yīng)和小鼠顱骨骨溶解，且鈦銅合金納米管顆粒與鈦納米管顆粒引起的炎性反應(yīng)和骨溶解明顯小于商業(yè)鈦。微CT的鈦

10、銅合金納米管與鈦納米管骨體積分?jǐn)?shù)高于商業(yè)鈦(p＜0.05)，鈦銅合金納米管與鈦納米管骨體積分?jǐn)?shù)無區(qū)別（p＞0.05）。微CT的各組骨密度之間有顯著意義(p＜0.05）。
　　結(jié)論:
　　通過培養(yǎng)(MC-3T3-E1)細(xì)胞在鈦銅合金納米管表面上，進(jìn)行評(píng)估鈦銅合金納米管細(xì)胞相容性，研究對(duì)成骨細(xì)胞多種早期行為的影響，細(xì)胞在材料表面顯示良好的活性、粘附、和生長能力。在體內(nèi)股骨植入模型和小鼠顱骨骨溶解模型，評(píng)估鈦銅合金納米管生物相容性