《兼具誘導成骨和成血管的鈦材表面工程研究》是依託重慶大學，由楊維虎擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：兼具誘導成骨和成血管的鈦材表面工程研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：楊維虎
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
在骨臨床上，鈦植入體與周邊組織整合性差，並且周邊組織容易發生缺氧壞死現象。本項目旨在提高鈦植入體與骨整合性，同時在鈦材表面建立血管網路，為鈦周邊組織提供氧及營養物質並排除代謝產物。本項目的核心是結合利用接觸引導引起的細胞增殖和生長因子誘導的骨髓間充質幹細胞（BMSCs）定向分化。通過微弧氧化技術在鈦材表面製備具有多孔結構且結合緊密的羥基磷灰石/二氧化鈦混合塗層，並通過石蠟覆膜、雷射雕刻和氫氟酸腐蝕在塗層上製備血管網路結構；在塗層上引入羥基磷灰石/骨形態發生蛋白（HA/BMP-2）微球和接枝血管內皮生長因子（VEGF）。改性後的鈦材在與BMSCs接觸時，HA/BMP-2誘導BMSCs向成骨細胞分化，促進新生骨組織形成，提高鈦材的骨整合性；而VEGF誘導BMSCs向內皮細胞分化，促進血管網路形成，為新生骨組織提供營養物質和排除代謝產物。項目可為鈦基生物材料的表面改性提供新思路。
結題摘要
鈦及鈦合金是非生物活性材料，在用作骨修復時，與骨的結合僅為惰性結合。而且, 在修復大段骨缺損時，其周圍組織容易發生缺氧壞死，其主要原因在於未能很好解決鈦材表面血管化問題。因此，在鈦材表面建立血管網路，改善鈦材表面生物活性，不僅能提高鈦材與骨之間的骨整合性，還能有效地改善臨床上鈦植入體植入後周圍組織因缺氧導致的壞死現象。本研究通過在微弧氧化法在鈦材表面生成羥基磷灰石/二氧化鈦的混合塗層。掃描電鏡結果表明：表面平整的鈦材經過處理後，表面形成孔徑為5μm的微孔。X射線衍射儀結果表明：該塗層是含有羥基磷灰石和二氧化鈦的混合塗層。由於經過高壓放電和微弧氧化兩個過程，鈦材表面形成的陶瓷膜緻密均勻、結合牢固。與傳統的等離子噴塗、磁控管濺射、電化學沉積等方法比較，微弧氧化製備的塗層具有更好的耐磨損、耐熱性和抗腐蝕性。在本研究中，我們在鈦材表面塗層上覆蓋一層不溶於HF的石蠟。通過雷射雕刻機依照設計的圖案在石蠟上雕刻，暴露出混合塗層。然後在一定濃度的氫氟酸中進行腐蝕，暴露出的混合塗層被HF腐蝕，露出鈦基材，形成圖案。通過在鈦材表面模擬不同直徑的血管構建不同的血管網路圖案，腐蝕和磨損試驗表明，生成的圖案具有良好的耐磨性和耐腐蝕性。 將構建血管網路後的鈦片與成骨細胞共培養，分別測試4天和7天后成骨細胞活性。結果表明，當材料表面接種成骨細胞，在與細胞共培養4天后，與空白對照組對比，鈦材表面構建的小動脈與對照組無差異。而空白對照組和小動脈組的細胞活性顯著優於肌肉動脈組和股動脈組(P＜0.05)。與成骨細胞共培養7天后，空白對照組、小動脈組和股動脈組之間細胞活性無差異。而肌肉動脈組的細胞活性顯著低於其他三組(P＜0.05)。 經過多巴胺聚合，在鈦材表面的血管網路結構上接枝了血管內皮生長因子（VEGF）， 在其他部位添加膠原蛋白。改性後的鈦材與骨髓間充質幹細胞共培養4天和7天后，對內皮細胞特異性基因（VWF和FLK-1）和成骨細胞的特異性基因（ALP,OPN和OS）的基因表達進行研究，結果表明，接枝了雙因子的鈦材對內皮細胞和成骨細胞的基因表達都有促進作用。說明改性後的鈦材有利於促進血管和骨形成。本項目的研究不僅為鈦基生物材料的表面改性提供新思路，也為解決臨床植入體植入後導致周圍組織缺氧壞死現象提供新方法和科學依據。
