矽酸二鈣人工關節假體塗層材料促成骨能力的機理研究

《矽酸二鈣人工關節假體塗層材料促成骨能力的機理研究》是依託蘇州大學，由孫俊英擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：矽酸二鈣人工關節假體塗層材料促成骨能力的機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：孫俊英
• 依託單位：蘇州大學

項目摘要

人工關節假體-骨界面的骨性固定對於關節置換手術的成功極為重要。研究表明一些生物材料和表面塗層處理方法能顯著促進假體表面的骨形成，加速骨性癒合。目前常用的羥基磷灰石（HA）塗層雖然表現出了較好的骨形成能力，但越來越多的研究表明其固有缺陷也會帶來一系列的不良反應，嚴重影響著臨床療效。因此，找到更為理想的塗層材料具有重要意義。矽酸二鈣是一種新型的生物活性材料，研究表明其具有較HA更佳的生物活性、生物相容性，和生物力學特性，有望成為未來替代HA的新型人工假體塗層材料。以往的研究曾推測該材料在促進成骨細胞活性過程中可能伴隨著NO、BMP2、PGE2、TGFβ1等細胞因子/生長因子的明顯變化，由此進一步推測這些變化在骨組織細胞代謝過程中可能具有重要作用。本課題通過研究矽酸二鈣促成骨活性過程中這些因子的具體作用及其相互間的關係，試圖闡明矽酸二鈣的作用機理，為未來替代HA塗層材料用於臨床提供依據。

結題摘要

人工關節假體—骨界面的骨性固定對於關節置換手術的成功極為重要。研究表明一些生物活性材料及其塗層技術能顯著促進假體表面的骨形成，加速骨性癒合。目前採用等離子技術噴塗的羥基磷灰石雖具有較好的骨形成能力，但其易降解、剝脫的特性常會帶來一些不良結果，造成人工關節假體鬆動。因此，尋求更為理想的塗層技術和材料具有重要意義。矽酸二鈣是一種新型的生物活性材料，既往研究表明其具有良好的生物活性，而且具有比羥基磷灰石更優良的生物力學特性，有望成為新型的更好的人工關節假體塗層材料。本項研究探討了矽酸二鈣塗層離子液對人骨髓間充質幹細胞成骨分化及其信號傳導通路的影響，測定了成骨細胞分化及成骨細胞分化特異性基因的表達，並對人骨髓間充質幹細胞分化及細胞外信號調節蛋白激酶的影響及其機制進行研究。結果表明矽酸二鈣塗層離子液能夠在早期上調成骨細胞特異性基因的表達，進而促進成骨細胞的分化，加速骨的形成，矽酸二鈣塗層離子液通過影響細胞外信號調節蛋白激酶通路促進了成骨細胞分化。鑒於矽元素已被證實為一種促成骨細胞增殖的新型生物活性材料，本項研究採用陰極弧沉積將矽摻入二氧化鈦微孔塗層中，獲得的關節假體二氧化鈦摻矽微孔塗層，既可避免塗層界面易剝脫的風險，還可將某些促成骨細胞增殖的生物活性因子直接引入假體的微孔塗層中，並就所獲得的含矽微孔塗層對成骨細胞粘附、增殖、分化的影響，以及發揮生物學效應的信號通路等機制進行系列研究。結果表明含矽微孔塗層通過上調成骨細胞整合素β1、粘著斑激酶基因表達，增強粘著斑激酶蛋白和粘著斑激酶磷酸化水平，經整合素β1-粘著斑激酶信號傳導通路促進了成骨細胞的粘附。並通過促進成骨細胞鹼性磷酸酶活性，上調骨鈣素和膠原纖維I基因表達，增強膠原纖維I蛋白的表達促進了成骨細胞的增殖和分化。我們的研究表明矽酸二鈣塗層及含矽塗層具有優良的細胞相容性，為未來改良人工關節假體塗層提供了新的選擇。