β-TCP涂層鎂合金調(diào)節(jié)成骨細胞增殖的分子機制研究.pdf

1、研究背景:因創(chuàng)傷、手術(shù)等造成骨缺損是人類健康面臨的重要危害之一。目前臨床上用于骨缺損修復(fù)的主要是金屬植入材料——不銹鋼、鈷合金及鈦合金，這些材料最主要的缺點是不能降解，一般需要通過手術(shù)取出，這樣會對患者造成較大的痛苦，且在精神和經(jīng)濟方面都是一個考驗。這就對骨缺損修復(fù)的植入材料提出了更高的要求，需要其具有良好的綜合力學(xué)性能，且可以在骨缺損愈合后自動降解，這也成為目前此方面的研究熱點。鎂合金當做生物醫(yī)學(xué)植入材料，有多方面的優(yōu)勢，表現(xiàn)為這種材

2、料具有良好的力學(xué)性能和體內(nèi)可控性降解的特性。鎂合金在體內(nèi)和體外中都具有良好的生物相容性和骨傳導(dǎo)性，但是其高腐蝕速率和植入后機體出現(xiàn)的早期炎癥反應(yīng)限制了該合金的臨床應(yīng)用，因而需要進行表面改性，以便滿足此方面的要求。目前各種表面處理已應(yīng)用于鎂合金中，以試圖控制其腐蝕性，并提高骨形成。然而這些表面處理中沒有一個能形成足夠穩(wěn)定的界面，來支持骨形成和控制鎂合金降解，特別是在骨形成的早期階段，如通過鋁涂層、鈦涂層和熱處理的表面改性已經(jīng)應(yīng)用于鎂合金，

3、以提高其耐腐蝕性，但是卻沒有提高表面的生物相容性。因此，對于鎂合金在臨床的應(yīng)用，還需要開發(fā)新型涂層的鎂合金，以提高其生物相容性。由于β-三磷酸鈣(β-TCP)涂層具有良好的生物相容性，所以已經(jīng)成為生物工程領(lǐng)域中一個比較受關(guān)注的課題。β-TCP主要由鈣、磷組成，力學(xué)及理化性能優(yōu)良，生物相容性優(yōu)異，可以引導(dǎo)新骨生成，發(fā)揮骨傳導(dǎo)作用，修復(fù)骨缺損，所以使用β-TCP生物活性涂層對于植入裝置表面改性非常重要。此涂層已經(jīng)成功應(yīng)用于鈦及其合金的表面處

4、理，以促進骨周圍的直接黏附，并抑制腐蝕產(chǎn)物釋放到人體。現(xiàn)在普遍認為，骨磷灰石可以表示為碳酸羥基磷灰石(Ca，Mg,Na)10(PO4CO3)6(OH)2，其成分與骨礦物質(zhì)磷灰石相似。由于其良好的化學(xué)穩(wěn)定性、相對機械強度和生物吸附率，涂覆在鎂合金上的β-磷酸三鈣(β-TCP)可能會提高鎂合金臨床應(yīng)用的可能性。生物磷灰石不是純粹的羥基磷灰石，而是含有微量元素鎂(Mg)和鋅(Zn)，Mg和Zn均是人體所需要的營養(yǎng)元素，該合金在體內(nèi)的降解產(chǎn)物對

5、心、肝、腎和脾具有良好的生物相容性。
　　研究目的:研究表面改性的β-TCP涂層的Mg-3Al-1Zn鎂合金[(β-TCP)-Mg-3Al-1Zn]的細胞生物相容性及其分子作用機制，驗證其作為一種新型醫(yī)用可降解金屬材料的安全性及有效性，為可降解鎂基骨植入材料的設(shè)計和發(fā)展提供理論依據(jù)。
　　研究方法:應(yīng)用Phosphorization技術(shù)，將Mg-3Al-1Zn鎂合金表面改性，制備表面涂覆β-TCP的鎂合金[(β-TCP)-M

6、g-3Al-1Zn]，觀測(β-TCP)-Mg-3Al-1Zn其表面結(jié)構(gòu)特征，同時選擇同樣型號的Mg-3Al-1Zn、鈦合金(Ti-6Al-4V)和β-TCP涂層鈦合金[(β-TCP)-Ti-6Al-4V]材料作對照研究;應(yīng)用材料與人成骨細胞(hFOB1.19)體外直接接觸實驗，進行能譜分析(EDS）;檢測(β-TCP)-Mg-3Al-1 Zn對hFOB1.19成骨細胞的形態(tài)和活力的影響;鑒定hFOB1.19成骨細胞內(nèi)骨形態(tài)發(fā)生蛋白2(

7、BMP-2)的蛋白活性;檢測(β-TCP)-Mg-3Al-1 Zn對hFOB1.19成骨細胞內(nèi)關(guān)鍵信號蛋白及通路（Shc和c-fos蛋白、Ras/MAPK和ERK/MAPK通路）的干預(yù)作用。
　　研究結(jié)果:材料的表征:通過顯微鏡觀察到(β-TCP)-Mg-3Al-1Zn涂層的表面致密，顆粒之間相互連接搭起，結(jié)合緊密，涂層與鎂基體結(jié)合牢靠緊密，涂層表面無脫落現(xiàn)象;材料與hFOB1.19成骨細胞體外直接接觸實驗中，EDS分析結(jié)果表明(

8、β-TCP)-Mg-3Al-1Zn材料表面含有O、P、Ca和Mg元素，大于Ti-6Al-4V材料的30％;免疫熒光結(jié)果顯示，(β-TCP)-Mg-3Al-1Zn材料與Ti-6Al-4V、(β-TCP)-Ti-6Al-4V對比，使hFOB1.19細胞具有更好的細胞粘附性;細胞增殖MTT法及CCK-8法測定顯示，細胞增殖率增加順序:(β-TCP)-Mg-3Al-1Zn＞(β-TCP)-Ti-6Al-4V＞Ti-6Al-4V＞Mg-3Al-1

9、Zn; BMP-2蛋白活性檢測顯示，β-TCP涂層上調(diào)hFOB1.19細胞內(nèi)的BMP-2活性，BMP-2蛋白活性的增加順序:(β-TCP)-Mg-3Al-1Zn＞(β-TCP)-Ti-6Al-4V＞Ti-6Al-4V＞Mg-3Al-1Zn; hFOB1.19細胞內(nèi)關(guān)鍵信號蛋白的活化測定結(jié)果顯示，(β-TCP)-Mg-3Al-1Zn增加了細胞內(nèi)關(guān)鍵信號蛋白(Shc和c-fos蛋白、Ras/MAPK和ERK/MAPK)的磷酸化水平，且加入E