纯钛表面电化学氧化处理对牙周膜干细胞和成骨细胞功能的影响

发布时间：2020-04-22 19:20

【摘要】：种植义齿因其舒适美观、使用方便，并具有理想的口颌功能及美学效果，近年来逐渐被广大患者接受和喜爱。目前钛及钛合金因具有良好的生物相容性、机械强度和稳定的化学性质成为牙科种植体的首选材料。但随着临床种植修复的广泛开展和种植体与骨结合的相关基础研究不断深入，发现医用钛材料仍然存在一些不足，国内外学者越来越关注钛表面改性处理，以期促进早期在种植体表面形成良好的骨结合。电化学氧化法是目前较为流行的改性方法，其中主要使用的是电化学阳极氧化法和微弧氧化法(micro-arcoxidation，MAO)等。阳极氧化法是在相应的电解液和特定的工艺条件下，通过电极反应和电场驱动，使金属离子和氧离子扩散，在纯钛表面形成了一层结构规整有序的高密度TiO2纳米管阵列。而MAO是在阳极氧化的基础上利用弧光放电，增强并激活在阳极上发生的反应，从而在纯钛表面形成多孔而致密的氧化膜。虽然两种氧化法都是利用电化学氧化的原理基础，但所用的电压、氧化时间都有所不同，形成的表面形貌也所不同。因此，对这两种改性方法的研究也越来越多。良好地骨结合是种植体成功的重要因素，而形成一个良好的骨结合，不仅仅成骨细胞是其关键，甚至与成骨相关的其他细胞也至关重要。因而，在研究成骨细胞与钛材料表面改性的关系的同时，很多研究者也开始关注其他与种植体及成骨相关的细胞。其中也包括牙周膜干细胞(Periodontalligamentstemcells,PDLSCs)。PDLSCs是一种分离自牙周膜的多能干细胞。由于其具有的特点和作用，对PDLSCs的关注不仅限于牙周膜的重建修复，更关注到它的分化诱导，希望在口腔病症的干细胞治疗上能起到一定的作用。 实验一：纯钛表面TiO_2纳米管对PDLSCs成骨功能的影响 目的：基于电化学氧化的原理及PDLSCs在骨结合中的重要作用，探讨纯钛表面TiO_2纳米管改性后对PDLSCs的成骨分化能力的影响，为更合理的种植体表面设计以及口腔种植中干细胞的研究提供实验依据和研究基础。方法：研究分为实验组和对照组，实验组以阳极氧化的方法用0.4M氢氟酸和1M磷酸的电解液溶液在纯钛片表面制备TiO_2纳米管，对照组为抛光钛片。采用扫描电镜观察试样表面形貌；将PDLSCs细胞与钛材复合培养，诱导成骨，通过MTT方法检测PDLSCs细胞增殖，并测定碱性磷酸酶(Alkalinephosphatase，ALP)活性。此外，通过逆转录-聚合酶链反应法(Reversetranscription-polymerasechainreaction,RT-PCR)检测各组PDLSCs细胞的成骨相关基因：I型胶原(Collagen-I,Col-I)、骨钙素(Osteocalcin,OCN)、runt相关转录因子2(runt-relatedtranscriptionfactor-2,Runx-2)的表达水平。并通过茜素红染色评估细胞矿化能力。结果：在钛材表面成功制备了多孔、有序的TiO_2纳米管，管径约为100nm，PDLSCs接种于材料表面后,实验组和对照组1d的增殖活性及4d的ALP活性没有明显差异(p0.05)；而4、7d增殖活性低于对照组的光滑钛表面；但是7d、14d、21d实验组细胞的ALP活性高于对照组（P0.05）；21d时，实验组Col-1、OCN、Runx-2的基因表达水平明显高于对照组（p0.05）；14d实验组细胞的矿化明显强于对照组(p0.05)。结论：可以通过阳极氧化方法在钛材表面制备多孔有序TiO_2纳米管层。TiO_2纳米管改性后PDLSCs的增殖活性要小于光滑钛片组；但TiO_2纳米管形成后可以上调PDLSCs的ALP活性、成骨相关基因表达和矿化能力。 实验二：微弧氧化纯钛表面对成骨细胞蛋白合成功能的影响 目的：探明MAO改性后的纯钛表面对成骨细胞（MG63）蛋白合成功能的影响。为更合理的种植体表面设计以及成骨细胞功能研究提供实验依据和研究基础。 方法：同样分为实验组和对照组，实验组对钛片进行MAO处理，对照组仅对钛片进行抛光处理。采用扫描电镜观察试样表面形貌，将MG63细胞与钛材复合培养，通过MTT方法检测成骨细胞增殖，并测定ALP的活性。此外，通过蛋白质印迹法(Western-blot)检测各组成骨细胞的成骨相关蛋白：Col-I、OCN、OPN、Runx-2的表达水平。结果：经MAO处理后，，纯钛表面形成一层多孔结构。MG63细胞在MAO处理钛表面3、7d的增殖活性及ALP活性高于对照组（P0.05）；3d时，实验组Col-1、OCN、OPN、Runx-2的蛋白表达水平明显高于对照组（p0.05）。结论：纯钛经MAO处理后，在表面形成多孔复合的形态特征。MAO改性能促进成骨细胞的增殖及分化，并显著提高成骨细胞成骨相关蛋白的表达水平。 在今后的研究中，我们将进一步研究比较阳极氧化TiO2纳米管和MAO这两种电化学氧化技术作为钛表面改性方法的异同，为钛种植体表面改性应用提供研究基础和实验依据。
【学位授予单位】：南京医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：R783.6

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本文编号：2636861