羥基磷灰石tio2納米管復(fù)合物的生物相容性

1、中國(guó)組織工程研究第18卷第3期2014–01–15出版ChineseJournalofTissueEngineeringResearchJanuary152014Vol.18No.3ISSN20954344CN211581RCODEN:ZLKHAH335www.CRTER.g張杭州，男，1984年生，山東省淄博市人，漢族，中國(guó)醫(yī)科大學(xué)在讀博士，主要從事關(guān)節(jié)置換、膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)損傷及生物材料的相關(guān)研究。通訊作者：白希壯，博士，博士生導(dǎo)師，主任

2、醫(yī)師，中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)科與關(guān)節(jié)外科，遼寧省沈陽市110001doi:10.3969j.issn.20954344.2014.03.002[:www.crter.g]中圖分類號(hào):R318文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):20954344(2014)030033506稿件接受：20131006ZhangHangzhouStudyingfmaster’sdegreeDepartmentofSptsMedicineJointSurgery

3、FirstAffiliatedHospitalofChinaMedicalUniversityShenyang110001LiaoningProvinceChinaCrespondingauth:BaiXizhuangM.D.DoctalsupervisChiefphysicianDepartmentofSptsMedicineJointSurgeryFirstAffiliatedHospitalofChinaMedicalUniver

4、sityShenyang110001LiaoningProvinceChinaAccepted:20131006羥基磷灰石TiO2納米管復(fù)合物的生物相容性張杭州1，孫羽1，王琳1，田昂2，薛向欣2，白希壯1(1中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)科與關(guān)節(jié)外科，遼寧省沈陽市110001；2東北大學(xué)材料與冶金學(xué)院，遼寧省沈陽市110001)文章亮點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新在于分別通過陽極氧化技術(shù)及電沉積技術(shù)成功制備了TiO2納米管及納米羥基磷灰石TiO2納

5、米管復(fù)合載體，將材料與成骨細(xì)胞共培養(yǎng)，結(jié)果證實(shí)納米羥基磷灰石TiO2納米管復(fù)合物具有良好的生物相容性，是良好的骨組織內(nèi)置物。關(guān)鍵詞：生物材料；納米材料；生物相容性；TiO2納米管；羥基磷灰石；成骨細(xì)胞；國(guó)家自然科學(xué)基金主題詞：生物相容性材料；納米粒；納米管；硬羥基磷灰石；材料試驗(yàn)基金資助：國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(81071449，5087201951002027)；遼寧省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目(L2010645)摘要背景：羥基磷灰石具有優(yōu)

6、良的生物相容性，但目前缺少納米羥基磷灰石TiO2納米管復(fù)合物生物相容性的相關(guān)研究。目的：分析納米羥基磷灰石TiO2納米管復(fù)合物的生物相容性。方法：先通過陽極氧化技術(shù)在鈦金屬表面制備TiO2納米管，后采用電沉積技術(shù)制備納米羥基磷灰石TiO2納米管復(fù)合物，在掃描電鏡下觀察復(fù)合物的表面形貌。將納米羥基磷灰石TiO2納米管復(fù)合物、TiO2納米管形貌鈦金屬和商業(yè)鈦金屬分別與小鼠成骨細(xì)胞MC3T3E1共同培養(yǎng)，觀察細(xì)胞在支架上的黏附、增殖及凋亡。結(jié)

7、果與結(jié)論：通過改變陽極氧化條件及磁場(chǎng)條件能制備不同管徑及管長(zhǎng)的TiO2納米管，以及不同形貌的納米羥基磷灰石TiO2納米管復(fù)合物。倒置顯微鏡觀察共培養(yǎng)3d后，TiO2納米管形貌鈦金屬及納米羥基磷灰石TiO2納米管復(fù)合物周圍的細(xì)胞明顯增殖，細(xì)胞形態(tài)良好，排列規(guī)則，細(xì)胞增殖情況優(yōu)于商業(yè)鈦金屬組。掃描電鏡觀察共培養(yǎng)3d后，細(xì)胞在TiO2納米管形貌鈦金屬及納米羥基磷灰石TiO2納米管復(fù)合物上生長(zhǎng)良好，可見大量細(xì)胞偽足附著于其上；納米羥基磷灰石Ti

8、O2納米管復(fù)合物組的細(xì)胞凋亡率7.8%小于TiO2納米管形貌鈦金屬組的9.4%及商業(yè)純鈦金屬組的13.5%，表明納米羥基磷灰石TiO2納米管具有良好的生物相容性。張杭州，孫羽，王琳，田昂，薛向欣，白希壯.羥基磷灰石TiO2納米管復(fù)合物的生物相容性[J].中國(guó)組織工程研究，2014，18(3):335340.BiocompatibilityofhydroxyapatiteTiO2nanotubecompositesZhangHangzho

9、u1SunYu1WangLin1TianAng2XueXiangxin2BaiXizhuang1(1DepartmentofSptsMedicineJointSurgeryFirstAffiliatedHospitalofChinaMedicalUniversityShenyang110001LiaoningProvinceChina2SchoolofMaterialsMetallurgyNtheasternUniversityShen

10、yang110001LiaoningProvinceChina)AbstractBACKGROUND:HydroxyapatitehasexcellentbiocompatibilitybutbiocompatibilityofnanohydroxyapatiteTiO2nanotubecompositesisrarelyrepted.OBJECTIVE:Toevaluatethebiocompatibilityofnanohydrox

11、yapatiteTiO2nanotubecomposites.METHODS:FirsttheTiO2nanotubeswerefabricatedonthesurfaceofthetitaniumbyanodicoxidationtechnique.SecondthenanohydroxyapatiteTiO2nanotubecompositeswerefabricatedbyelectrodepositiontechnique.Th

12、esurfacemphologyofthecompositeswasobservedbyscanningelectronmicroscopy.MouseosteoblastsMC3T3E1werecoculturedwiththenanohydroxyapatiteTiO2nanotubecompositesTiO2nanotubestitaniumcommerciallypuretitaniumtoobservethecelladhe

13、sionproliferationnecrosisonscaffolds.RESULTSCONCLUSION:ThemphologyoftheTiO2nanotubesnanohydroxyapatiteTiO2nanotubecompositescouldbecontrolledbyalteringtheconditionsoftheanodicoxidationelectrodeposition.Undertheinvertedmi

14、croscopeafter3daysofcoculturewithTiO2nanotubesnanohydroxyapatiteTiO2nanotubecompositesMC3T3E1cellsproliferatedwellwithregularshapearrangementthatweresuperitothoseoncommerciallypuretitanium.Underscanningelectronmicroscope

15、thecellwereadheredproliferatedwellon張杭州，等.羥基磷灰石TiO2納米管復(fù)合物的生物相容性ISSN20954344CN211581RCODEN:ZLKHAH337www.CRTER.g倒置顯微鏡觀察共培養(yǎng)后細(xì)胞的生長(zhǎng)：不同材料與細(xì)胞共培養(yǎng)3d后，將6孔板置于倒置顯微鏡下觀察材料周圍的細(xì)胞生長(zhǎng)情況、細(xì)胞形態(tài)與細(xì)胞數(shù)量。掃描電鏡觀察共培養(yǎng)后細(xì)胞的黏附與增殖：商業(yè)鈦金屬、TiO2納米管形貌鈦金屬、納米羥基磷

16、灰石TiO2納米管復(fù)合材料分別與MC3T3E1細(xì)胞共培養(yǎng)3d后，取出材料，將材料用2.5%戊二醛固定30min，分別經(jīng)過體積分?jǐn)?shù)70%，80%，90%，95%，100%的乙醇梯度脫水，之后將材料行真空干燥后噴金，用掃描電鏡觀察復(fù)合材料上細(xì)胞的黏附與增殖。共培養(yǎng)后的細(xì)胞凋亡檢測(cè)：商業(yè)鈦金屬、TiO2納米管形貌鈦金屬、納米羥基磷灰石TiO2納米管復(fù)合材料分別與MC3T3E1細(xì)胞共培養(yǎng)3d后，用不含有0.03%EDTA的0.25%胰蛋白酶消化

17、細(xì)胞。用含體積分?jǐn)?shù)10%胎牛血清的DMEM培養(yǎng)基重懸細(xì)胞。之后用PBS洗滌細(xì)胞，并將細(xì)胞濃度調(diào)到1109L1。細(xì)胞凋亡檢測(cè)采用AnnexinVPI凋亡試劑盒。在商業(yè)鈦片上培養(yǎng)的細(xì)胞為陽性對(duì)照組，在培養(yǎng)瓶中(未放入金屬片)培養(yǎng)的細(xì)胞作為陰性對(duì)照組。每100mL的細(xì)胞懸液加入5LAnnexinVFITC和5LPI。將細(xì)胞混勻，在室溫下避光條件下孵育15min。樣品通過流式細(xì)胞儀檢測(cè)凋亡，繪制凋亡圖。主要觀察指標(biāo)：將納米羥基磷灰石TiO2納米

18、管復(fù)合物、TiO2納米管形貌鈦金屬和商業(yè)鈦金屬分別與小鼠成骨細(xì)胞MC3T3E1共同培養(yǎng)后，細(xì)胞在支架上的黏附、增殖及凋亡。2結(jié)果Results2.1掃描電鏡觀察商業(yè)鈦金屬、TiO2納米管形貌鈦金屬、納米羥基磷灰石TiO2納米管復(fù)合物的表面形貌見圖1。圖1為商業(yè)鈦金屬、TiO2納米管形貌鈦金屬與納米羥基磷灰石TiO2納米管復(fù)合載體表面形貌的掃描電鏡圖片，可見商業(yè)鈦金屬雖經(jīng)拋光，但在微觀上觀察仍粗糙，存在較大的顆粒突出；經(jīng)陽極氧化技術(shù)生成的

19、TiO2納米管排列規(guī)則，垂直于鈦金屬基底。EDX分析示TiO2納米管的主要化學(xué)成分為TiO2(圖2A)。圖1C為TiO2納米管經(jīng)過電沉積處理后生成的納米羥基磷灰石TiO2納米管復(fù)合物，經(jīng)X射線衍射分析涂層證實(shí)涂層成分基本成分為羥基磷灰石(圖2B)。2.2倒置顯微鏡觀察不同材料周圍小鼠成骨細(xì)胞MC3T3E1的生長(zhǎng)情況TiO2納米管形貌鈦金屬、納米羥基磷灰石TiO2納米管復(fù)合物與小鼠成骨細(xì)胞MC3T3E1共培養(yǎng)3d后，經(jīng)倒置顯微鏡觀察可見復(fù)

20、合物周圍的細(xì)胞生長(zhǎng)狀態(tài)良好，細(xì)胞的形態(tài)良好，未見復(fù)合物抑制細(xì)胞的生長(zhǎng)，與商業(yè)鈦金屬相比較可見納米羥基磷灰石TiO2納米管復(fù)合物能夠促進(jìn)細(xì)胞的增殖(圖3)。圖1掃描電鏡觀察不同材料表面形貌Figure1Thesurfacetopographyofdifferentmaterialsunderscanningelectronmicroscope圖注：(1)圖中A為商業(yè)鈦金屬(500)；B為TiO2納米管形貌鈦金屬(50000)；C為納米羥基

21、磷灰石TiO2納米管復(fù)合物(20000)。(2)商業(yè)鈦金屬雖經(jīng)拋光，但在微觀上觀察仍粗糙，存在較大的顆粒突出。TiO2納米管形貌鈦金屬中TiO2納米管排列規(guī)則，垂直于鈦金屬基底。納米羥基磷灰石TiO2納米管復(fù)合物的表面生成的納米羥基磷灰石涂層。圖3成骨細(xì)胞在商業(yè)鈦金屬、TiO2納米管形貌鈦金屬與納米羥基磷灰石TiO2納米管復(fù)合物表面的增殖Figure3Osteoblastproliferationonthesurfaceofnanohy