經(jīng)皮鈦植入體的納米結(jié)構(gòu)化表面改性及其生物學(xué)性能.pdf

1、經(jīng)皮植入器械穿過(guò)皮膚固定于體內(nèi)并保持部分于皮膚創(chuàng)口或伸出皮膚外，由于部分暴露于體外，就要求植入體與周圍皮膚組織形成良好的生物密封以避免發(fā)生感染。鈦及鈦合金以其良好的力學(xué)性能和骨整合性能被廣泛用作經(jīng)皮器械，然而鈦是生物惰性材料，植入體內(nèi)后與軟組織整合能力差，同時(shí)鈦植入體本身也無(wú)抗菌性能。為了降低術(shù)后感染的發(fā)生率，實(shí)現(xiàn)良好的生物密封，我們對(duì)鈦植入體進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)化的表面改性，以期獲得既有抑菌性能又有利于皮膚組織細(xì)胞黏附生長(zhǎng)的功能表面。

2、　　大量的研究顯示鈦表面二氧化鈦納米管具有多孔形貌和納米級(jí)粗糙度，有利于細(xì)胞粘附，并且能促進(jìn)細(xì)胞增殖分化，這都表明二氧化鈦納米管改性的鈦植入體在植入材料領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。本研究通過(guò)體外蛋白質(zhì)、細(xì)菌、巨噬細(xì)胞、表皮角質(zhì)細(xì)胞，成纖維細(xì)胞實(shí)驗(yàn)以及動(dòng)物皮下體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，探究納米結(jié)構(gòu)改性后的鈦經(jīng)皮植入體是否能與周圍組織形成良好結(jié)合，及其與體內(nèi)相關(guān)組織的整合過(guò)程，為其應(yīng)用提供理論與實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。此外，還采用鈦結(jié)合噬菌體對(duì)鈦植入體進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)化表面改性

3、并對(duì)其表面理化性能及生物相容性進(jìn)行初步評(píng)價(jià)。
　　本論文的主要工作及結(jié)論如下:
　　采用陽(yáng)極氧化技術(shù)在鈦植入體表面構(gòu)建的二氧化鈦納米管膜(TNT)具有優(yōu)良的潤(rùn)濕性和較高的比表面積，表面吸附的蛋白質(zhì)使材料具有更強(qiáng)的生物活性，可以促進(jìn)細(xì)胞在材料表面的粘附等行為。由于TNT的表面粗糙度屬于納米級(jí)，不利于細(xì)菌在其表面粘附。在紫外和日光條件下，TNT的光催化效應(yīng)使其表現(xiàn)出較好的抑菌能力。TNT的抑菌性能有助于減少經(jīng)皮感染的發(fā)生。

4、>　　在TNT表面培養(yǎng)巨噬細(xì)胞發(fā)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)抑制了巨噬細(xì)胞的增殖遷移及炎性因子分泌。脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）修飾的TNT表面能夠促進(jìn)巨噬細(xì)胞的遷移并調(diào)控其功能轉(zhuǎn)化，在短時(shí)間內(nèi)大量表達(dá)促炎性因子及時(shí)清除周圍的細(xì)菌等病原體，并且在炎癥消退后誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向促進(jìn)組織修復(fù)的方向轉(zhuǎn)化。這表明在植入體誘發(fā)的感染環(huán)境下TNT不僅具有良好的炎性調(diào)控功能，而且還能促進(jìn)組織修復(fù)。
　　在不同生理環(huán)境下，研究TNT與人表皮角質(zhì)

5、細(xì)胞(Human epidermal keratinocyte，HaCat)和人真皮成纖維細(xì)胞（human skin fibroblast，HSF）之間的作用機(jī)制。TNT能促進(jìn)HSF細(xì)胞的增殖遷移及相關(guān)因子分泌，但抑制了HaCat細(xì)胞的增殖及相關(guān)蛋白的表達(dá)。將兩種細(xì)胞接觸共培養(yǎng)時(shí)，TNT通過(guò)促進(jìn)成纖維細(xì)胞的增殖分化進(jìn)而促進(jìn)角質(zhì)細(xì)胞的成熟分化，有利于在植入體表面形成與其緊密結(jié)合且完整的表皮真皮及皮下組織結(jié)構(gòu)。
　　動(dòng)物皮下短期（4h

6、到7d）植入時(shí)，感染部位的TNT能有效激活免疫細(xì)胞釋放炎性因子，在炎癥得到控制后調(diào)節(jié)炎性因子的快速消退，促進(jìn)皮膚組織細(xì)胞粘附于植入體表面。這表明TNT抑制細(xì)菌的初始粘附，在短時(shí)間內(nèi)能清除術(shù)后感染，有利于隨后組織愈合并與材料緊密結(jié)合。長(zhǎng)期植入(2w到8w)實(shí)驗(yàn)時(shí)，感染部位的TNT能避免炎性因子大量持續(xù)釋放，促進(jìn)皮膚組織與其緊密結(jié)合和血管生成。這表明TNT植入體與皮膚組織形成良好的生物密封，從而抵御外界細(xì)菌侵襲，降低經(jīng)皮植入體感染風(fēng)險(xiǎn)。

7、r>　　此外，通過(guò)鈦結(jié)合噬菌體對(duì)鈦植入體改性，表明鈦結(jié)合噬菌體與鈦表面具有較強(qiáng)的親和力及穩(wěn)定的結(jié)合性能，改性后的表面具有多孔結(jié)構(gòu)且有良好的細(xì)胞相容性。
　　綜合體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)TNT改性的鈦植入體能夠降低感染的發(fā)生率，促進(jìn)皮膚組織與其緊密結(jié)合。當(dāng)TNT改性的鈦植入植入后，血液和組織液蛋白迅速吸附到植入體表面，利于組織細(xì)胞粘附，而不利于細(xì)菌粘附。同時(shí)，細(xì)菌的存在可以激活巨噬細(xì)胞遷移至植入部位參與炎癥反應(yīng)。細(xì)菌清除后，炎癥減弱，TNT