等离子体提高可降解高分子材料表面诱导骨细胞分化特性研究

本项目拟采用等离子体浸没式注入(PIII)技术改性可降解医用高分子材料（PBS）表面，通过调控等离子体种类、真空度、偏压等改性条件，在材料表面构建高比例的目标化学基团，利用这些目标化学官能团来介导骨细胞在材料表面上的繁殖与分化，从而赋予材料表面具有诱导骨细胞分化的能力。首先，利用物理化学表征手段研究改性条件与表面化学基团种类和比例之间的关系，获得特定化学官能团所需的最佳改性条件；随后通过细胞在材料表面的特征基因表达水平来了解化学基团对细胞生物活性的影响，探索表面目标基团与细胞之间的相互作用曲线，分析化学基团介导信号传导系统机理，指导等离子体在材料表面构建目标化学基团；最终获得具有诱导骨细胞分化能力的等离子体改性PBS表面，为等离子体修饰医用高分子材料在医学领域应用奠定坚实的基础。

高分子材料表面的化学状态对骨细胞的粘附、繁殖和分化起着决定性作用，因此制备具备诱导骨细胞分化的表面化学结构成为解决材料与骨组织间结合强度的重要途径之一。本项目研究了等离子体修饰高分子材料（PBS和PE）表面，成功筛选出具备诱导骨细胞分化能力的含氮等离子体改性表面，并掌握其中调控机理研究。首先探讨了Ar、H2O2、O2、NH3、N2等多种等离子体对表面化学结构的影响，通过表面碳化技术在材料表面成功构建了高浓度的含氮或含氧化学基团；并发现含氮和含氧等离子体改性表面都有利于骨细胞和骨髓间充质干细胞（MSCs）的粘附、繁殖和保持较高的细胞活性，然而仅仅含氮等离子体改性表面拥有上调骨细胞和MSCs表达骨特征基因的能力，细胞在其表面无任何炎性现象发生；含氮等离子体改性表面调控细胞骨向分化机理在于，通过调控iNOS基因的表达，达到诱导细胞骨向分化，促进新骨的生成的目的。因此，部分相关研究成果发表了SCI论文5篇，EI论文1篇，申请国内发明专利4项。相信这些成果将为等离子体修饰高分子材料化学结构在骨科领域应用奠定理论和应用基础。