钙锶共注联合氧化钛对成骨的免疫调节作用

发布时间：2020-03-21 13:22

【摘要】：作为可植入性的医用性生物材料,钛及其合金凭借高耐腐蚀性、低弹性模量、良好的抗疲劳性能、以及优良的生物相容性被广泛应用于骨科、牙科等领域。但是,这些材料植入人体后常激活免疫反应,引起异物反应、炎症反应、纤维组织增生等。进而影响植入物和周围组织整合,导致植入物松动和失败。作为免疫反应的参与者,巨噬细胞发挥了重要作用。在一定条件下,它可极化为M1型发挥促炎作用,或极化为M2型促进组织修复。研究证明后者在生物材料的临床应用中具有很好的研究价值。钙和锶是人体中所需的重要元素。在临床中,植入物周围常同时出现这两种元素。虽然发现钙或锶可调节成骨或免疫,但钙锶共存对成骨的免疫调节仍未被探索。本研究采用微弧氧化和电化学技术将钙锶注入钛表面,形成不同浓度比例的钙锶涂层,来评估钙锶共注联合氧化钛通过极化巨噬细胞而发挥促成骨的作用。材料特性方面,应用扫描电镜分析材料形貌,通过X射线光电子能谱探测材料钙锶元素,采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定钙锶离子释放浓度,及测定接触角分析材料亲疏水性。体外实验方面,将小鼠巨噬细胞系RAW264.7细胞接种于材料表面。用live/dead染色法评估RAW264.7活性,CCK-8法检测细胞增殖,流式细胞技术和免疫荧光染色法评估细胞极化,酶联免疫吸附法分析不同细胞因子生成,聚合酶链反应和蛋白印迹法检测细胞极化相关基因和蛋白表达。同时,将骨髓间充质干细胞(BMSCs)和RAW264.7共培养,通过检测细胞矿化、碱性磷酸酶活性、以及成骨成脂基因表达情况,评估巨噬细胞极化对BMSCs成骨分化的影响。建立小鼠气囊模型,评估材料对巨噬细胞极化的作用。流式细胞技术以及酶联免疫吸附法分析气囊灌洗液中巨噬细胞极化表型和炎症因子表达情况。采用HE染色,Masson三色染色,免疫荧光染色技术分析气囊组织中纤维组织形成、炎症细胞浸润和巨噬细胞极化情况。体外实验结果发现,钙锶共注的钛材料诱导了更多的M2型细胞生成。而钙锶比例为2:1的涂层更有利于M2型细胞极化,以及上调抗炎因子IL-10和骨形成蛋白2(BMP2)和血管内皮生长因子(VEGF),下调促炎因子TNF-α。M2型细胞创造的这种微环境可促进BMSCs成骨分化。体内实验结果也证实,当钛表面涂层中钙锶比例为2:1时,气囊内巨噬细胞极化表型和细胞因子生成与体外实验结果相一致。而且组织学分析发现这种涂层可明显降低炎症细胞浸润和抑制纤维组织生成。综上,调节钛表面涂层中钙锶比例可赋予钛植入物更优良的成骨免疫调节性能。本研究为临床上设计新型的医用性生物材料提供了新的思路和方法。
【图文】：

而经微弧氧化和钙锶溶液电化学处理的材料（Ti-Ca10, Ti-Sr10, Ti-Ca10Sr10,Ti-Ca10Sr5, Ti-Ca10Sr2.5）呈现多孔而粗糙的表面结构。同时如图 1B 所示，通过钙离子和锶离子在不同时间段内释放的动力学揭示了经过处理的实验材料的表面化学性质不同。随着材料在液体中浸泡时间的增加，溶液中的钙离子和锶离子的浓度逐渐增加。在浸泡期间中，Ti-Ca10Sr10 和 Ti-Ca10Sr5 组的钙锶浓度比例分别保持在 1:1 和 2:1 的水平，而 Ti-Ca10Sr2.5 组在第 7 天、14 天、21 天和28 天时间点的钙锶浓度比例分别为 6:1、5:1 和 4:1。另一方面，图 S1 中显示了XPS 光谱和水接触角的检测结果均证实了实验材料样品表面特性随着钙锶浓度比例的不同而改变。随着经不同钙锶比例溶液的电化学处理，各组中 XPS 能谱中钙锶峰值出现差异性；钙锶元素浓度越高，，相应的钙锶元素峰值也越高。同时，Ti、Ti-Ca10、Ti-Sr10、Ti-Ca10Sr10、Ti-Ca10Sr5、Ti-Ca10Sr2.5 六组材料表面的接触角分别为 87.71°±0.57°、130.48°±1.70°、106.46°±6.44°、125.83°±1.24°、73.75°±2.99°和 72.26°±0.74°。

上海交通大学博士学位论文Figure 1 (A) The surface morphology of different samples displayed by scanning electronmicroscopy (SEM). Scale bar, 20 μm. (B) Ca and Sr releasing concentrations and ratios releasedfrom different samples at day 7, 14, 21, and 28.
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R318.08;R68

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本文编号：2593392