《鈦植入物表面納米結構的BMP-2功能化及生物學效應研究》是依託上海交通大學，由劉忠堂擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鈦植入物表面納米結構的BMP-2功能化及生物學效應研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉忠堂
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
植入物與骨組織之間的粘附成骨不足、骨溶解加強導致的假體鬆動是致使人工關節置換術後失敗和翻修的主要原因之一。通過植入物表面物理與化學狀態的改善提高生物活性、促進植入物/骨界面的骨整合對預防假體鬆動具有積極作用。本項目通過電化學途徑在Ti假體表面生成TiO2納米管陣列，通過其生長過程與結構調控機制的研究實現其可控構建。套用加速器電子束對TiO2納米管表面輻照活化與原位官能團接枝，改善其與成骨因子與細胞的負載與結合特性，以促進骨整合；對官能團接枝反應機制與過程熱力學、動力學進行研究，獲得最佳化接枝率與反應速率。在TiO2納米管中負載BMP-2，誘導成骨細胞黏附並發揮納米管陣列的特異位點靶向作用；進行BMP-2的負載與釋放動力學考察，調控實現釋放總量的最小化，進一步降低異位骨化風險。本項目的工作將為人工關節置換術後假體無菌性鬆動的防治提供具有競爭力的新方法。
結題摘要
研究背景：全關節置換術被認為是20世紀醫療保健領域最大的進展之一，當前假體鬆動是人工關節置換手術失敗及限制假體使用年限的最主要原因，也是目前人工關節研究的熱點和難點。骨溶解和無菌性鬆動是全關節關節翻修術最常見原因之一。植入物和周圍骨組織之間快速的初始穩定和長期骨整合是下一代骨科生物材料設計的主要焦點。因此，植入物的表面特性例如形貌和化學是骨-植入物獲得直接接觸的關鍵因素。 目的：在 Ti 表面可控構建 TiO2 納米管結構，並在此基礎上載入成骨細胞生長因子BMP-2，並通過體內外實驗探索其促骨形成的能力。 方法：首先，採用電化學陽極氧化處理在鈦的表面構建 TiO2 納米管，採用共價移植將 BMP-2 固化在已構建的 TiO2 納米管表面。隨後，通過TiO2納米管/載BMP-2塗層的體外細胞試驗，測定成骨細胞活性。最後，TiO2納米管/載BMP-2塗層假體植入大白兔脛骨部位，通過體內實驗測定植入物假體與骨的整合行為。 結果：含0.09M NH4F的乙二醇/水（醇水比為9:1）電解液中，60V電壓陽極氧化30min可以獲得最佳的TiO2納米管表面形貌，此時納米管的內徑平均為125nm，外徑為170nm，管長為1.05µm。實驗分為兩組：TiO2納米管(NTTi)和TiO2納米管/載BMP-2組(NTTi-BMP)。體外實驗證明，第7天及14天，NTTi的蛋白含量及ALP均小於NTTi-BMP，第7天時NTTi的增殖小於NTTi-BMP。NTTi組鈣結節數量明顯少於NTTi-BMP組，NTTi組上的黏附細胞明顯少於NTTi-BMP組。體內實驗證明，影像學檢測發現NTTi-BMP，NTTi均有良好的骨長入，甲苯胺藍染色結果發現NTTi-BMP骨形成量明顯多於NTTi組，HE染色的結果同樣證明NTTi-BMP組形成的骨組織明顯多於NTTi組。 結論：本課題通過體內外實驗研究證明，在 Ti 表面可控構建 TiO2 納米管結構，並在此基礎上載入成骨細胞生長因子BMP-2能促進新骨形成，為人工關節置換術後假體無菌性鬆動的防治提供行之有效的新的思路和方法。
