【摘要】：钛(Ti)以其优良的生物相容性和机械性能在骨科和牙种植领域中得以广泛应用,但Ti植体相关感染仍然是最严重的术后并发症之一。感染高发有两个主要原因:一是由于Ti的生物惰性使得植体骨结合界面存在一层无血管的纤维层,导致免疫细胞或通过全身给药的抗生素难以到达植体表面;二是细菌容易在Ti植体表面聚集然后形成多聚糖生物膜,能抵抗宿主防御机制和系统性抗生素的透过。因此在Ti植体表面制备兼具高生物活性和抗菌能力的双功能涂层具有非常重要意义。二氧化钛纳米管(TNTs)由于同骨组织较为接近的弹性模量、较大的比表面积和规则的中空结构,因而具有良好的生物相容性同时也是天然的载药系统。因此通过在TNTs负载抗菌药物,有望同时获得理想的生物活性和抗菌性能,为预防植体相关感染提供新的思路和选择。目的:本课题通过控制电压制备了三种不同管径的TNTs,然后探讨其对骨髓间充质干细胞(BMSCs)成骨活性的影响和对金黄色葡萄球菌(S.aureus)的抗菌性能,从生物活性和抗菌性能共同出发筛选出最适管径的TNTs。把抗菌药物盐酸奥替尼啶(OCT)和高聚物聚乳酸-羟基乙酸(PLGA)通过溶剂真空吸附法共涂层到TNTs内壁,通过控制实验条件使得制备的载药系统的管径为上述筛选出的最适管径,然后探讨其对BMSCs成骨活性的影响和对S.aureus的抗菌性能,期望获得具有高生物活性和长效抗菌能力的双功能涂层。方法:第一部分1.以0.50wt%NH4F+10vol%H2O的甘油溶液为电解液,运用电化学阳极氧化的方法,在10V、30V和60V电压下制备了三种不同管径的TNTs,分别为NT10、NT30和NT60。应用场发射扫描电镜(FE-SEM)观察制备的TNTs的表面形貌,X射线衍射仪(XRD)观察其晶体结构,接触角测试仪测量其接触角。2.将BMSCs接种到不同材料表面,通过FE-SEM观察细胞形态,通过DAPI染色检测细胞的粘附能力,CCK-8检测细胞增殖能力,试剂盒检测细胞碱性磷酸酶(ALP)活性,天狼星红染色法检测细胞胶原分泌,茜素红染色法检测细胞外基质矿化,实时定量聚合酶链反应(q RT-PCR)检测成骨相关基因的表达。3.将S.aureus接种到不同材料表面,通过活细菌平板计数评估材料的抗菌性能。第二部分1.电化学阳极氧化法制备了NT60,然后运用溶剂真空吸附法把抗菌药物OCT和高聚物PLGA共涂层到NT60制备了OCT/PLGA-NT60,应用FE-SEM观察样本的表面形貌、侧面管长和PLGA的渗透情况,接触角测试仪测量其接触角。2.将BMSCs接种到不同材料表面,用前面述及的方法检测细胞形态、细胞粘附、细胞增殖、胞内ALP活性、细胞胶原分泌、细胞外基质矿化和成骨相关基因的表达情况。3.体外检测OCT/PLGA-NT60的OCT释放情况,真空负载法负载OCT作为对照组。将S.aureus接种到不同材料表面,通过SEM观察菌落形态、琼脂平板培养观察抑菌圈和活细菌平板计数计算抗菌率。结果:第一部分1.运用电化学阳极氧化的方法,在10V、30V和60V电压下制备了NT10、NT30和NT60,其管径分别是30nm、100nm和200nm。XRD结果显示三种TNTs经450℃退火处理后均出现了锐钛矿的特征衍射峰。接触角检测结果显示同Ti相比三种TNTs接触角明显变小,而且随着管径的增加越来越小。2.尽管NT10可以促进BMSCs的早期粘附和增殖,但是随着时间推移其细胞增殖同对照组相比没有明显的统计学差异,而且NT10上BMSCs铺长较少而蜷缩成圆形,其胞内ALP活性、细胞胶原分泌、细胞外基质矿化和成骨相关基因的表达等成骨分化的指标同对照组相比也没有统计学差异。尽管NT30上BMSCs的早期粘附和增殖受到了轻微的抑制,但是这种抑制既不严重也不持久,随着时间的推移其细胞增殖迎头赶上,而且NT30可以促进BMSCs的细胞伸展,促进胞内ALP活性、细胞胶原分泌、细胞外基质矿化和成骨相关基因表达等成骨分化的相关指标。尽管NT60最大程度地促进了BMSCs的细胞伸展和成骨分化,但是其细胞粘附和增殖明显受到了抑制,而且随着时间的推移,这种抑制作用愈发明显。3.三种不同管径TNTs的表面活细菌数均小于对照组Ti,而且随着管径的增大,材料表面的活菌数也随之减少。第二部分1.运用溶剂真空吸附法,成功把OCT/PLGA共涂层到NT60的内壁,制备完毕的OCT/PLGA-NT60管径为第一部分实验筛选出的最适管径100nm。接触角检测结果显示OCT/PLGA-NT6A的接触角大于NT60,但仍然小于对照组Ti。2.OCT/PLGA-NT60可以促进BMSCs的早期粘附,尽管初期的细胞增殖受到了轻微的抑制,但是随着时间的推移,细胞增殖迎头赶上,而且其可以促进BMSCs的细胞伸展,成骨分化能力显著大于对照组。3.OCT/PLGA-NT60可以有效减少前期的药物突释和延长药物释放时间而呈现出良好的长效抗菌性能。结论:在第三代弱酸的含氟甘油体系下,运用电化学阳极氧化处理方法,制备了30nm、100nm和200nm的三种不同管径的TNTs。其中100nm的NT30在能够支持BMSCs的增殖的情况下最大程度地促进了BMSCs的成骨分化,而且其能够降低材料表面S.aureus的粘附,建议为应用在Ti植体骨结合部位的最适管径的TNTs。运用溶剂真空吸附法,成功把OCT/PLGA共涂层到NT60的内壁,制备完毕的OCT/PLGA-NT60的管径为筛选出的最适管径100nm。OCT/PLGA-NT60可以支持BMSCs的增殖和促进了BMSCs的成骨分化,而且可以缓释OCT而呈现出良好的长效抗菌性能,有望成为一种能够应用于植体骨结合部位的兼具高生物活性和抗菌能力的双功能涂层。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：福建医科大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R783.1
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2388715
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