本文關(guān)鍵詞：載鍶微納米化涂層的構(gòu)建及生物學(xué)活性評價

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【摘要】：【背景】牙種植體由于其良好的功能及美學(xué)效果,是目前口腔臨床上公認的缺失牙修復(fù)的最佳方案。但目前種植臨床上仍存在以下難題:首先,對于一些患有骨代謝疾病的患者種植效果仍然不理想,比如骨質(zhì)疏松癥(Osteoporosis,OP);其次,常規(guī)種植治療從拔牙到最終修復(fù)完成大約需要6~12個月的周期,這在很大程度上影響了患者對種植的接受程度。因此如何改善OP下種植效果,并且縮短種植治療周期是口腔臨床上亟待解決的難題。種植體表面處理是目前國內(nèi)外公認的提高種植成功率的有效手段,種植體表面處理方法主要包括表面粗化和化學(xué)改性兩大類。表面粗化是通過物理或化學(xué)的方法將種植體表面處理成微米、納米等不同級別的粗糙度來提高種植體的骨結(jié)合率,目前納米級表面由于其良好的生物學(xué)活性成為近年來學(xué)者們研究的熱點。同時,一種新的觀點認為從仿生學(xué)觀點來看,將種植體表面處理成為微米、納米分層疊加的結(jié)構(gòu),可以更有效的模擬骨組織微米納米分層組裝的的天然結(jié)構(gòu),從而更好地促進種植體周圍骨生成。納米化及微/納米表面處理已成為目前種植體表面粗化的研究趨勢。表面化學(xué)改性是通過在種植體表面增加新的化學(xué)成分來提高種植體骨結(jié)合效果。鍶由于具有同時促進成骨和抑制破骨的雙重作用,在骨質(zhì)疏松的臨床治療中得到了廣泛應(yīng)用,在種植體表面載入促進骨生成的鍶元素不僅可以提高種植體周圍新生骨量,還可避免鍶的全身應(yīng)用帶來的一系列并發(fā)癥。因此,在種植體表面載入鍶元素為種植體表面化學(xué)改性提供了一個新的選擇思路。本研究嘗試將載鍶化學(xué)改性及納米、微/納米表面粗化處理兩種方式結(jié)合起來,在種植體表面構(gòu)建不同粗糙度及化學(xué)組成的的種植體表面,評估其對種植體骨結(jié)合的影響,同時對氧化鈦納米管(NT-Ti O2)和載鍶納米表面(NT-Sr)兩種納米化涂層進行比較,評估二者對于拔牙后即刻種植骨結(jié)合的影響�！灸康摹客ㄟ^材料學(xué)性能檢測、離體細胞生物學(xué)活性評估及在體動物實驗觀察,來分析粗糙度和表面化學(xué)成分各異的表面涂層在種植體骨結(jié)合形成過程中所起的作用,并評價MNT-Sr表面對正常骨質(zhì)及OP條件下對種植體骨結(jié)合的影響。同時比較陽極氧化法制備的氧化鈦納米管表面與磁控濺射技術(shù)制備的載鍶納米化表面對拔牙后即刻種植骨結(jié)合的影響�！痉椒ā�1、采用HF酸蝕+磁控濺射的方法制備微/納米化載鍶表面(MNT-Sr),選擇光滑表面鈦(ST)、HF酸蝕制備的微米表面鈦(MT)、磁控濺射法制備的納米載鍶表面鈦(NT-Sr)作為對照組,掃描電鏡(SEM)、原子力學(xué)顯微鏡(AFM)觀察四種不同表面的微觀形貌,SEM觀察樣品斷層界面,X射線光電子分光鏡檢查(XPS)與X衍射物相分析(XRD)檢測表面化學(xué)成分,環(huán)氧樹脂對接拉伸試驗接側(cè)涂層界面結(jié)合強度,通過接觸角測定評價其親水性,離子釋放試驗檢測鍶離子在PBS溶液中的釋放規(guī)律;2、將小鼠MC3T3-E1成骨細胞系接種于ST、MT、NT-Sr、MNT-Sr四種不同表面樣品上,通過細胞粘附試驗觀察早期粘附,MTT方法檢測細胞增殖能力,SEM及免疫熒光染色觀察細胞形態(tài),堿性磷酸酶(ALP)活性評價細胞成骨分化能力;3、在四種不同鈦片表面進行大鼠原代骨髓間充質(zhì)干細胞(BMSCs)體外培養(yǎng),觀察不同表面對BMSCs早期粘附、增殖、形態(tài)、分化等生物活性的影響;4、將四種不同表面的鈦種植體植入正常大鼠股骨,3月后處死取材,通過Micro-CT觀察種植體周圍骨改建情況,四環(huán)素-鈣黃綠素雙熒光標記分析種植體周圍骨礦化沉積率(Bone Mineralization Apposition Rate,MAR),亞甲基藍酸性品紅染色觀察種植體周圍骨結(jié)合率(Bone-to-implant,BIC),最大拔出力檢測評估種植體周圍骨結(jié)合力;5、采用切除大鼠雙側(cè)卵巢的方法建立OP動物模型,然后將四種不同表面種植體植入OP大鼠股骨,飼養(yǎng)3月后處死取材,通過Micro-CT掃描、組織學(xué)染色分析、生物力學(xué)檢測評價種植體周圍骨結(jié)合效果;6、比較陽極氧化處理制備的氧化鈦納米管表面(NT-Ti O2)與磁控濺射技術(shù)制備的載鍶納米顆粒表面(NT-Sr)的表面材料學(xué)性能,然后將其植入犬拔牙后新鮮牙槽窩內(nèi),術(shù)后3月處死取材評價兩種不同納米化表面對拔牙后即刻種植骨結(jié)合的影響。【結(jié)果】1、通過HF酸蝕方法成功制備了直徑2~5μm微米坑窩狀結(jié)構(gòu),磁控濺射法在鈦表面構(gòu)建均勻分布的直徑20~40nm的納米顆粒表面,HF酸蝕+磁控濺射方法制備微米坑復(fù)合納米顆粒的微/納米涂層表面;兩組載鍶樣品表面涂層厚度未20~40nm,經(jīng)XPS分析NT-Sr及MNT-Sr表面載入了非結(jié)晶態(tài)的鍶元素;而且載鍶涂層具有良好的界面結(jié)合強度;接觸角測定發(fā)現(xiàn)MT親水性最佳,其次是MNT-Sr、NT-Sr、ST;在MNT-Sr及NT-Sr浸泡后的PBS溶液中檢測到了鍶離子的釋放,并且隨著時間的推移,鍶離子釋放速度逐漸減慢,而同期MNT-Sr表面鍶離子釋放量大于NT-Sr表面;2、與其他三組相比,MT組粘附了更多的小鼠MC3T3-E1成骨細胞;MTT試驗提示4d時MT與MNT-Sr表現(xiàn)出較強的細胞增殖能力,第7d時,MNT-Sr增殖能力更強;ST與NT-Sr組細胞表現(xiàn)為較強的伸展性,但NT-Sr組細胞伸出較多偽足,且細胞之間接觸更廣泛,MT與MNT-Sr表面細胞多表現(xiàn)為長梭形或多角形,與MT相比,MNT-Sr表面細胞間連接更多,且細胞偽足更加粗壯;MNT-Sr的ALP活性最佳,其次是NT-Sr、ST、MT;3、細胞粘附試驗發(fā)現(xiàn)在四組表面粘附的BMSCs數(shù)目隨著時間推移不斷增加;與其他三種表面相比,MT在30min、60min、120min粘附了更多的BMSCs,具有統(tǒng)計學(xué)意義;同時,在30min時,MNT-Sr表面比ST及NT-Sr表面粘附了更多BMSCs;細胞增殖能力檢測發(fā)現(xiàn),與ST和MNT-Sr相比,MT在4和7d時更有利于細胞增殖。細胞培養(yǎng)7d后,MT組細胞增殖能力高于NT-Sr;同時4d時,NT-Sr表面細胞活性高于MNT-Sr表面。細胞形態(tài)觀察發(fā)現(xiàn),ST與NT-Sr表面細胞主要以伸展性較好的扁平狀細胞為主,但區(qū)別在于NT-Sr表面BMSCs細胞間接觸交流明顯多于ST表面;而MT與MNT-Sr表面主要以長梭形或偽足較多的多角形細胞為主,但與MT表面BMSCs相比,MNT-Sr表面BMSCs伸出的突觸更為寬大粗壯。與NT-Sr和MNT-Sr表面相比,MT表面的ALP活性顯著下降,具有統(tǒng)計學(xué)意義,且MNT-Sr組具有最高的成骨礦化能力;4、種植體植入后3月,Micro-CT掃描結(jié)果提示MNT-Sr組骨體積分數(shù)(BV/TV)、骨小梁數(shù)目(Tb.N)、骨小梁厚度(Tb.Th)均顯著高于其他三組,而骨小梁間隙(Tb.Sp)低于MT組;BV/TV方面MT組高于NT-Sr組,NT-Sr高于ST組;ST、MT、NT-Sr、MNT-Sr骨礦化沉積率(MAR)分別是1.6±0.45μm/d、2.32±0.59μm/d、2.92±0.58μm/d、3.66±0.62μm/d;骨結(jié)合率(BIC)分別為39.70±6.00%、57.60±7.79%、46.10±5.51%、70.38±8.61%;最大拔出力分別為108.9±46.50N、176.4±47.85N、136.9±21.65N、231.4±67.66N;5、大鼠切除卵巢后3月,Micro-CT掃描發(fā)現(xiàn),去勢大鼠骨小梁明顯變細,骨髓腔變大,骨質(zhì)變得疏松,BV/TV、Tb.N、Tb.Th等骨小梁參數(shù)均顯著下降,Tb.Sp顯著升高。種植體植入OP建模成功的大鼠股骨3月后取材觀察發(fā)現(xiàn),MNT-Sr組種植體周圍新生骨量、BIC、MAR、最大拔出力均優(yōu)于其他三組;雖然NT-Sr組MAR高于MT組,但是在種植體周圍新生骨量、BIC、最大拔出力方面,MT組均高于NT-Sr組;6、SEM掃描結(jié)果提示,通過陽極氧化方法在光滑鈦片表面制備了直徑為15~80nm管徑的氧化鈦納米管表面(NT-Ti O2),通過磁控濺射法制備了載鍶直徑20~40nm納米顆�；砻�(NT-Sr)。通過環(huán)氧樹脂對接拉伸試驗發(fā)現(xiàn),NT-Sr表面的納米顆粒表面具有更好的界面結(jié)合強度。即刻種植后3月Micro-CT結(jié)果、亞甲基藍酸性品紅染色及軸向拔出試驗提示與NT-Ti O2表面種植體相比,NT-Sr組更有利于促進拔牙后即刻種植的骨結(jié)合效果�！窘Y(jié)論】1、HF酸蝕方法可以在鈦表面制備微米凹坑狀結(jié)構(gòu),磁控濺射法可以在鈦表面構(gòu)建納米化表面,同時載入鍶元素,通過HF酸蝕+磁控濺射的方法可以在鈦表面成功構(gòu)建載鍶微/納米化的仿生涂層,MT和MNT-Sr表面具有更好的親水性,而磁控濺射制備的載鍶表面可以實現(xiàn)鍶的持續(xù)緩慢釋放;2、HF酸蝕的微米級表面更有利于成骨細胞的早期粘附,而載鍶的納米級表面更有利于提高成骨分化活性,并有助于加強細胞間連接,載鍶的微/納米表面綜合了微米、納米及鍶的生物學(xué)作用,進而更有助于提高成骨細胞體外生物活性;3、與其他三種表面相比,MT表面更有利于大鼠BMSCs的早期粘附及增殖,NT-Sr和MNT-Sr兩種表面對BMSCs早期粘附和增殖的影響無顯著差別;在四組樣品中,NT-Sr與MNT-Sr表面更有利于BMSCs成骨分化;4、載鍶納米化表面更有利于種植體周圍骨礦化,但與載鍶納米化表面相比,微米級表面更有利于種植體骨結(jié)合效果,與其他三組相比,MNT-Sr表面對骨結(jié)合促進效果最為明顯;5、由于MNT-Sr表面在提高種植體表面粗糙度的同時,載入了具有抗OP作用的鍶元素,使其可以有效提高骨質(zhì)疏松下種植體骨結(jié)合效果;6、與NT-Ti O2表面相比,具有良好的涂層界面結(jié)合強度的NT-Sr表面更有利于拔牙后即刻種植。
【關(guān)鍵詞】：鍶 微米 納米 微/納米 酸蝕 磁控濺射 成骨細胞 骨髓間充質(zhì)干細胞 骨結(jié)合 骨質(zhì)疏松 種植體 表面處理 即刻種植
【學(xué)位授予單位】：第四軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：R783.1
【目錄】：

• 縮略語表5-7
• 中文摘要7-12
• 英文摘要12-20
• 前言20-22
• 文獻回顧22-37
• 第一部分 載鍶微納米化涂層的構(gòu)建及材料學(xué)性能檢測37-48
• 1 材料37-38
• 2 方法38-39
• 3 結(jié)果39-45
• 4 討論45-48
• 第二部分 載鍶微納米化涂層對成骨細胞生物學(xué)功能的影響48-58
• 1 材料48-49
• 2 方法49-50
• 3 結(jié)果50-56
• 4 討論56-58
• 第三部分 載鍶微納米化涂層對骨髓間充質(zhì)干細胞生物活性的影響58-69
• 1 材料58-59
• 2 方法59-60
• 3 結(jié)果60-67
• 4 討論67-69
• 第四部分 載鍶微納米化涂層對正常骨質(zhì)種植體骨結(jié)合的影響69-78
• 1 材料70
• 2 方法70-72
• 3 結(jié)果72-76
• 4 討論76-78
• 第五部分 載鍶微納米化涂層對OP下種植體骨結(jié)合的影響78-89
• 1 材料79-80
• 2 方法80-83
• 3 結(jié)果83-87
• 4 討論87-89
• 第六部分 兩種不同納米化涂層對拔牙后即刻種植骨結(jié)合的影響89-100
• 1 材料89-90
• 2 方法90-93
• 3 結(jié)果93-99
• 4 討論99-100
• 小結(jié)100-102
• 參考文獻102-114
• 個人簡歷和研究成果114-116
• 致謝116

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 房思思;張麗萍;劉璐;;氟的生物學(xué)作用——氟對骨的作用[J];微量元素與健康研究;2011年04期

2 凌云華;裘雁冰;陸益;吳洪斌;;雷洛昔芬的安全性評介[J];藥物不良反應(yīng)雜志;2007年02期

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本文編號：1101639