羟基磷灰石纳米粒子表面修饰的研究进展
发布时间：2021-10-28 09:45
羟基磷灰石是人体骨骼和牙齿的主要无机成分,具有良好的生物相容性和生物活性,且能诱导骨组织的生长,促进组织缺损的修复,是性能优异的骨修复材料。近年来,纳米羟基磷灰石由于其独特的性能,在生物医学领域展现出新的应用功能。但是,为了发挥纳米羟基磷灰石独特的功能特性,常常需要对其进行表面修饰,以满足生物医学应用的条件和要求。从生物医学角度,针对羟基磷灰石纳米粒子在生物显影、DNA转染、药物递送、与高分子复合、促进成骨和抑菌等方面的应用,对羟基磷灰石纳米粒子的表面修饰研究进行论述,探讨相关表面修饰思路和技术及修饰应用效果。通过表面修饰,不仅可以提高羟基磷灰石纳米粒子的分散性和悬浮稳定性,提升药物装载能力和促进成骨能力,还可以赋予其生物显影能力、主动靶向功能和抑菌能力。总之,表面修饰是一种促进羟基磷灰石纳米粒子生物医学应用的有效手段。
【文章来源】：表面技术. 2020,49(07)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
实现生物显影的表面修饰方法
DNA转染是指在一定条件下主动或被动将外源DNA导入到细胞的过程。转染可以通过将DNA注射至细胞内、用化学物质改变细胞膜通透性或者用载体将DNA导入至细胞实现。目前最理想的是通过载体实现转染。纳米HAP由于其生物相容性、生物降解性且无毒，可以用作DNA转染的载体。纳米HAP表面的钙离子带正电，可以与DNA结合，但是表面正电荷位点不足。若想要纳米HAP作为DNA的载体进行转染，与DNA形成较好的结合，需要对HAP表面修饰，增加其表面的正电荷，DNA分子加载到纳米HAP上的过程示意见图2。如Babak Mostaghaci等[28]将50μL的N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷（APTMS）滴加到10 mL的磷酸氢二铵溶液中，分别用醋酸溶液将pH调节为5或7，制备出氨基硅烷修饰的CaP-NPs纳米粒，APTMS的修饰是通过其氨基质子化传递正电荷，实现与带负电的DNA结合。郑庆丰等[29]先用Na2CO3活化纳米HAP表面的羟基，使纳米HAP的Zeta负电位的绝对值增大，然后再用多聚赖氨酸（PLL）修饰，最终测得纳米PLL-HAP的电位为正。带正电的PLL-HAP与带负电的DNA通过静电吸引结合。Zeinah等[30]制备PAA涂层的纳米HAP，然后用带正电荷的聚精氨酸涂覆PAA-HAP，使其带更多的正电荷，与带负电的双链RNA有较好的结合力。这种表面修饰方法对于DNA可能有类似的作用。除了上述的表面修饰方法外，通过改变实验的条件，制备出层状羟基磷灰石纳米板，HAP表面具有更多的Ca2+，也能使其与DNA形成较强的结合。例如，Wan等[31]通过改变模板合成条件，包括模板剂、钙和磷酸盐前体的含量，合成了具有不同结构和形态的层状羟基磷灰石（L-HAP）纳米板。DNA的负载主要是通过插入L-HAP的层间空间，DNA通过L-HAP上的阳离子与核酸的磷酸基团之间的静电相互作用与L-HAP纳米板结合，使得DNA分子包裹在各个L-HAP纳米板上。同样Luo等[32]做了类似的研究，使用带磁性和不带磁性的L-HAP作为载体，并对2D和3D细胞培养物中的基因转染进行了比较。研究发现，磁性L-HAP可能是3D基因转染中有前途的载体。
作为构成骨骼的主要无机成分，HAP由于具有良好的生物相容性和骨诱导性，被广泛应用于骨修复中。经过表面修饰的纳米HAP能够提高成骨细胞增殖分化能力，具有更加优异的促进成骨效果，通过掺杂和表面接枝提高纳米HAP促成骨能力的示意见图3。例如，Mg2+和Co2+双重掺杂的羟基磷灰石与未掺杂的羟基磷灰石相比，具有更高的蛋白质吸收能力，而且实验表明，其可以促进成骨细胞的增殖分化以及血管的生成[52]。同样，锌和铬共掺杂的羟基磷灰石具有抗菌和促进成骨细胞增殖的作用[53]。锶离子（Sr2+）具有刺激新骨形成，增加骨密度的能力[5 4]。故K.Sangeetha等[55]用Sr2+掺杂HAP，用HAP和掺杂后的HAP培养MG63细胞，实验分析发现，两个样品中，掺杂后的HAP样品中细胞的增殖能力显著高于HAP样品中细胞的增殖能力。除了上述金属元素外，硅元素也可以用于掺杂HAP。硅作为高等动物正常代谢所必需的微量元素，缺硅会导致骨代谢异常[56]。高建勇等[57]用硅掺杂HAP得到Si-HAP，对Si-HAP和HAP进行对照，检测成骨细胞在材料表面的黏附、增殖情况以及特异性基因ALP、Col-I、OC的表达情况。分析发现，微量的Si掺杂可以促进成骨细胞在HAP表面的附着、成骨细胞的增殖活性以及MG63成骨细胞成骨特异性基因的表达。除了对纳米HAP进行掺杂可以促成骨外，还可以通过将HAP表面包覆或者加载生长因子来促进成骨。例如，Kim等[38]用肝素包裹纳米HAP，然后将LF固定在其表面。实验发现，这种LF/Hep-HAP粒子在体外可以促进rADSCs的成骨分化。Ding等[58]将丝素蛋白（SF）用作表面稳定剂对加载了BMP-2的纳米HAP进行涂覆。通过对装载和未装载BMP-2的SF/HA复合支架进行成骨分化体外实验发现，在载有BMP-2的支架中观察到的钙矿化和骨钙素表达明显高于无BMP-2的支架，而且具有促进骨髓间充质干细胞（BMSC）分化的能力。1.6 抑菌
【参考文献】：
期刊论文
[1]羟基磷灰石的吸附性能研究[J]. 赵帅,张新宝,郑金峰. 山东陶瓷. 2019(05)
[2]羟基磷灰石在生物材料中的应用[J]. 高飞,闫明,朱珊珊,王蔚. 现代口腔医学杂志. 2019(05)
[3]功能化纳米羟基磷灰石改性聚乳酸复合材料的研究[J]. 程利,王鑫,赵雄燕. 应用化工. 2019(07)
[4]多肽蛋白质药物口服纳米载药系统研究进展[J]. 饶荣,杨祥良,刘卫. 医药导报. 2018(06)
[5]改性纳米羟基磷灰石增强聚乳酸复合材料的研究[J]. 周尧,赵雄燕,孙占英,王鑫. 应用化工. 2017(12)
[6]微量硅掺杂改性羟基磷灰石的制备及对成骨细胞功能活性的影响[J]. 高建勇,王铭,田刚,王少海,汪大林. 第二军医大学学报. 2016(04)
[7]不同有机分子改性羟基磷灰石用于甲醛催化氧化[J]. 孙亚会,曲振平,陈丹,王辉,张帆,傅强. 催化学报. 2014(12)
[8]纳米银粒子抗菌原理的研究进展[J]. 夏明峰,张帅,田虎. 中国现代普通外科进展. 2014(10)
[9]聚乙二醇修饰抗肿瘤药物的研究进展[J]. 金明姬,范博,陈卫,黄伟,高钟镐. 中国医药生物技术. 2013(04)
[10]Tb3+掺杂纳米羟基磷灰石的制备及其发光特性[J]. 鲍志伟,孙瑞雪,陈克正. 青岛科技大学学报(自然科学版). 2011(03)
硕士论文
[1]羟基磷灰石与聚乳酸复合材料的制备与性能[D]. 李刚.贵州大学 2019
[2]纳米银的制备及其体外抗菌和抗肿瘤活性研究[D]. 胡冠松.南方医科大学 2016
[3]仿生矿化制备负载阿霉素靶向纳米羟基磷灰石的研究[D]. 李鹏.西南交通大学 2016
本文编号：3462639
【文章来源】：表面技术. 2020,49(07)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
实现生物显影的表面修饰方法
DNA转染是指在一定条件下主动或被动将外源DNA导入到细胞的过程。转染可以通过将DNA注射至细胞内、用化学物质改变细胞膜通透性或者用载体将DNA导入至细胞实现。目前最理想的是通过载体实现转染。纳米HAP由于其生物相容性、生物降解性且无毒，可以用作DNA转染的载体。纳米HAP表面的钙离子带正电，可以与DNA结合，但是表面正电荷位点不足。若想要纳米HAP作为DNA的载体进行转染，与DNA形成较好的结合，需要对HAP表面修饰，增加其表面的正电荷，DNA分子加载到纳米HAP上的过程示意见图2。如Babak Mostaghaci等[28]将50μL的N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷（APTMS）滴加到10 mL的磷酸氢二铵溶液中，分别用醋酸溶液将pH调节为5或7，制备出氨基硅烷修饰的CaP-NPs纳米粒，APTMS的修饰是通过其氨基质子化传递正电荷，实现与带负电的DNA结合。郑庆丰等[29]先用Na2CO3活化纳米HAP表面的羟基，使纳米HAP的Zeta负电位的绝对值增大，然后再用多聚赖氨酸（PLL）修饰，最终测得纳米PLL-HAP的电位为正。带正电的PLL-HAP与带负电的DNA通过静电吸引结合。Zeinah等[30]制备PAA涂层的纳米HAP，然后用带正电荷的聚精氨酸涂覆PAA-HAP，使其带更多的正电荷，与带负电的双链RNA有较好的结合力。这种表面修饰方法对于DNA可能有类似的作用。除了上述的表面修饰方法外，通过改变实验的条件，制备出层状羟基磷灰石纳米板，HAP表面具有更多的Ca2+，也能使其与DNA形成较强的结合。例如，Wan等[31]通过改变模板合成条件，包括模板剂、钙和磷酸盐前体的含量，合成了具有不同结构和形态的层状羟基磷灰石（L-HAP）纳米板。DNA的负载主要是通过插入L-HAP的层间空间，DNA通过L-HAP上的阳离子与核酸的磷酸基团之间的静电相互作用与L-HAP纳米板结合，使得DNA分子包裹在各个L-HAP纳米板上。同样Luo等[32]做了类似的研究，使用带磁性和不带磁性的L-HAP作为载体，并对2D和3D细胞培养物中的基因转染进行了比较。研究发现，磁性L-HAP可能是3D基因转染中有前途的载体。
作为构成骨骼的主要无机成分，HAP由于具有良好的生物相容性和骨诱导性，被广泛应用于骨修复中。经过表面修饰的纳米HAP能够提高成骨细胞增殖分化能力，具有更加优异的促进成骨效果，通过掺杂和表面接枝提高纳米HAP促成骨能力的示意见图3。例如，Mg2+和Co2+双重掺杂的羟基磷灰石与未掺杂的羟基磷灰石相比，具有更高的蛋白质吸收能力，而且实验表明，其可以促进成骨细胞的增殖分化以及血管的生成[52]。同样，锌和铬共掺杂的羟基磷灰石具有抗菌和促进成骨细胞增殖的作用[53]。锶离子（Sr2+）具有刺激新骨形成，增加骨密度的能力[5 4]。故K.Sangeetha等[55]用Sr2+掺杂HAP，用HAP和掺杂后的HAP培养MG63细胞，实验分析发现，两个样品中，掺杂后的HAP样品中细胞的增殖能力显著高于HAP样品中细胞的增殖能力。除了上述金属元素外，硅元素也可以用于掺杂HAP。硅作为高等动物正常代谢所必需的微量元素，缺硅会导致骨代谢异常[56]。高建勇等[57]用硅掺杂HAP得到Si-HAP，对Si-HAP和HAP进行对照，检测成骨细胞在材料表面的黏附、增殖情况以及特异性基因ALP、Col-I、OC的表达情况。分析发现，微量的Si掺杂可以促进成骨细胞在HAP表面的附着、成骨细胞的增殖活性以及MG63成骨细胞成骨特异性基因的表达。除了对纳米HAP进行掺杂可以促成骨外，还可以通过将HAP表面包覆或者加载生长因子来促进成骨。例如，Kim等[38]用肝素包裹纳米HAP，然后将LF固定在其表面。实验发现，这种LF/Hep-HAP粒子在体外可以促进rADSCs的成骨分化。Ding等[58]将丝素蛋白（SF）用作表面稳定剂对加载了BMP-2的纳米HAP进行涂覆。通过对装载和未装载BMP-2的SF/HA复合支架进行成骨分化体外实验发现，在载有BMP-2的支架中观察到的钙矿化和骨钙素表达明显高于无BMP-2的支架，而且具有促进骨髓间充质干细胞（BMSC）分化的能力。1.6 抑菌
【参考文献】：
期刊论文
[1]羟基磷灰石的吸附性能研究[J]. 赵帅,张新宝,郑金峰. 山东陶瓷. 2019(05)
[2]羟基磷灰石在生物材料中的应用[J]. 高飞,闫明,朱珊珊,王蔚. 现代口腔医学杂志. 2019(05)
[3]功能化纳米羟基磷灰石改性聚乳酸复合材料的研究[J]. 程利,王鑫,赵雄燕. 应用化工. 2019(07)
[4]多肽蛋白质药物口服纳米载药系统研究进展[J]. 饶荣,杨祥良,刘卫. 医药导报. 2018(06)
[5]改性纳米羟基磷灰石增强聚乳酸复合材料的研究[J]. 周尧,赵雄燕,孙占英,王鑫. 应用化工. 2017(12)
[6]微量硅掺杂改性羟基磷灰石的制备及对成骨细胞功能活性的影响[J]. 高建勇,王铭,田刚,王少海,汪大林. 第二军医大学学报. 2016(04)
[7]不同有机分子改性羟基磷灰石用于甲醛催化氧化[J]. 孙亚会,曲振平,陈丹,王辉,张帆,傅强. 催化学报. 2014(12)
[8]纳米银粒子抗菌原理的研究进展[J]. 夏明峰,张帅,田虎. 中国现代普通外科进展. 2014(10)
[9]聚乙二醇修饰抗肿瘤药物的研究进展[J]. 金明姬,范博,陈卫,黄伟,高钟镐. 中国医药生物技术. 2013(04)
[10]Tb3+掺杂纳米羟基磷灰石的制备及其发光特性[J]. 鲍志伟,孙瑞雪,陈克正. 青岛科技大学学报(自然科学版). 2011(03)
硕士论文
[1]羟基磷灰石与聚乳酸复合材料的制备与性能[D]. 李刚.贵州大学 2019
[2]纳米银的制备及其体外抗菌和抗肿瘤活性研究[D]. 胡冠松.南方医科大学 2016
[3]仿生矿化制备负载阿霉素靶向纳米羟基磷灰石的研究[D]. 李鹏.西南交通大学 2016
本文编号：3462639
本文链接：https://www.wllwen.com/yixuelunwen/swyx/3462639.html
