【摘要】：鈦(Ti)以其優(yōu)良的生物相容性和機械性能在骨科和牙種植領域中得以廣泛應用,但Ti植體相關感染仍然是最嚴重的術后并發(fā)癥之一。感染高發(fā)有兩個主要原因:一是由于Ti的生物惰性使得植體骨結合界面存在一層無血管的纖維層,導致免疫細胞或通過全身給藥的抗生素難以到達植體表面;二是細菌容易在Ti植體表面聚集然后形成多聚糖生物膜,能抵抗宿主防御機制和系統(tǒng)性抗生素的透過。因此在Ti植體表面制備兼具高生物活性和抗菌能力的雙功能涂層具有非常重要意義。二氧化鈦納米管(TNTs)由于同骨組織較為接近的彈性模量、較大的比表面積和規(guī)則的中空結構,因而具有良好的生物相容性同時也是天然的載藥系統(tǒng)。因此通過在TNTs負載抗菌藥物,有望同時獲得理想的生物活性和抗菌性能,為預防植體相關感染提供新的思路和選擇。目的:本課題通過控制電壓制備了三種不同管徑的TNTs,然后探討其對骨髓間充質干細胞(BMSCs)成骨活性的影響和對金黃色葡萄球菌(S.aureus)的抗菌性能,從生物活性和抗菌性能共同出發(fā)篩選出最適管徑的TNTs。把抗菌藥物鹽酸奧替尼啶(OCT)和高聚物聚乳酸-羥基乙酸(PLGA)通過溶劑真空吸附法共涂層到TNTs內壁,通過控制實驗條件使得制備的載藥系統(tǒng)的管徑為上述篩選出的最適管徑,然后探討其對BMSCs成骨活性的影響和對S.aureus的抗菌性能,期望獲得具有高生物活性和長效抗菌能力的雙功能涂層。方法:第一部分1.以0.50wt%NH4F+10vol%H2O的甘油溶液為電解液,運用電化學陽極氧化的方法,在10V、30V和60V電壓下制備了三種不同管徑的TNTs,分別為NT10、NT30和NT60。應用場發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)觀察制備的TNTs的表面形貌,X射線衍射儀(XRD)觀察其晶體結構,接觸角測試儀測量其接觸角。2.將BMSCs接種到不同材料表面,通過FE-SEM觀察細胞形態(tài),通過DAPI染色檢測細胞的粘附能力,CCK-8檢測細胞增殖能力,試劑盒檢測細胞堿性磷酸酶(ALP)活性,天狼星紅染色法檢測細胞膠原分泌,茜素紅染色法檢測細胞外基質礦化,實時定量聚合酶鏈反應(q RT-PCR)檢測成骨相關基因的表達。3.將S.aureus接種到不同材料表面,通過活細菌平板計數(shù)評估材料的抗菌性能。第二部分1.電化學陽極氧化法制備了NT60,然后運用溶劑真空吸附法把抗菌藥物OCT和高聚物PLGA共涂層到NT60制備了OCT/PLGA-NT60,應用FE-SEM觀察樣本的表面形貌、側面管長和PLGA的滲透情況,接觸角測試儀測量其接觸角。2.將BMSCs接種到不同材料表面,用前面述及的方法檢測細胞形態(tài)、細胞粘附、細胞增殖、胞內ALP活性、細胞膠原分泌、細胞外基質礦化和成骨相關基因的表達情況。3.體外檢測OCT/PLGA-NT60的OCT釋放情況,真空負載法負載OCT作為對照組。將S.aureus接種到不同材料表面,通過SEM觀察菌落形態(tài)、瓊脂平板培養(yǎng)觀察抑菌圈和活細菌平板計數(shù)計算抗菌率。結果:第一部分1.運用電化學陽極氧化的方法,在10V、30V和60V電壓下制備了NT10、NT30和NT60,其管徑分別是30nm、100nm和200nm。XRD結果顯示三種TNTs經450℃退火處理后均出現(xiàn)了銳鈦礦的特征衍射峰。接觸角檢測結果顯示同Ti相比三種TNTs接觸角明顯變小,而且隨著管徑的增加越來越小。2.盡管NT10可以促進BMSCs的早期粘附和增殖,但是隨著時間推移其細胞增殖同對照組相比沒有明顯的統(tǒng)計學差異,而且NT10上BMSCs鋪長較少而蜷縮成圓形,其胞內ALP活性、細胞膠原分泌、細胞外基質礦化和成骨相關基因的表達等成骨分化的指標同對照組相比也沒有統(tǒng)計學差異。盡管NT30上BMSCs的早期粘附和增殖受到了輕微的抑制,但是這種抑制既不嚴重也不持久,隨著時間的推移其細胞增殖迎頭趕上,而且NT30可以促進BMSCs的細胞伸展,促進胞內ALP活性、細胞膠原分泌、細胞外基質礦化和成骨相關基因表達等成骨分化的相關指標。盡管NT60最大程度地促進了BMSCs的細胞伸展和成骨分化,但是其細胞粘附和增殖明顯受到了抑制,而且隨著時間的推移,這種抑制作用愈發(fā)明顯。3.三種不同管徑TNTs的表面活細菌數(shù)均小于對照組Ti,而且隨著管徑的增大,材料表面的活菌數(shù)也隨之減少。第二部分1.運用溶劑真空吸附法,成功把OCT/PLGA共涂層到NT60的內壁,制備完畢的OCT/PLGA-NT60管徑為第一部分實驗篩選出的最適管徑100nm。接觸角檢測結果顯示OCT/PLGA-NT6A的接觸角大于NT60,但仍然小于對照組Ti。2.OCT/PLGA-NT60可以促進BMSCs的早期粘附,盡管初期的細胞增殖受到了輕微的抑制,但是隨著時間的推移,細胞增殖迎頭趕上,而且其可以促進BMSCs的細胞伸展,成骨分化能力顯著大于對照組。3.OCT/PLGA-NT60可以有效減少前期的藥物突釋和延長藥物釋放時間而呈現(xiàn)出良好的長效抗菌性能。結論:在第三代弱酸的含氟甘油體系下,運用電化學陽極氧化處理方法,制備了30nm、100nm和200nm的三種不同管徑的TNTs。其中100nm的NT30在能夠支持BMSCs的增殖的情況下最大程度地促進了BMSCs的成骨分化,而且其能夠降低材料表面S.aureus的粘附,建議為應用在Ti植體骨結合部位的最適管徑的TNTs。運用溶劑真空吸附法,成功把OCT/PLGA共涂層到NT60的內壁,制備完畢的OCT/PLGA-NT60的管徑為篩選出的最適管徑100nm。OCT/PLGA-NT60可以支持BMSCs的增殖和促進了BMSCs的成骨分化,而且可以緩釋OCT而呈現(xiàn)出良好的長效抗菌性能,有望成為一種能夠應用于植體骨結合部位的兼具高生物活性和抗菌能力的雙功能涂層。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：福建醫(yī)科大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R783.1

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本文編號：2388715