钛种植体表面TiO2纳米管控释rhBMP-2的研究

完善的骨整合是临床种植义齿修复成功的保证，种植体表面改性及成骨生长因子的局部应用是提高骨整合的重要策略。本项目拟在钛种植体表面制备新型的TiO2纳米管阵列,并以之作为药物载体，有效控制重组人骨形成蛋白-2（rhBMP-2），在种植体周围缓慢释放，以促进种植体在体内的骨整合。研究首先优化填充rhBMP-2的工艺条件并研究其在纳米管中的药动力学，探索该生长因子从TiO2纳米管释放的速率和持续时间等规律；体外培养成骨及骨髓基质细胞，观察细胞在材料表面的黏附和成骨分化功能的变化；最后将载有rhBMP-2 TiO2纳米管的种植体植入动物体内，采用组织学、生物力学以及放射性计数等方法，观察rhBMP-2体内缓释规律和骨整合的效果。研究首次将TiO2纳米管与rhBMP-2的控释结合,体内外探索因子释放的规律，有望成为更好的骨整合种植体系，具有良好的应用前景。

摘 要.背景：种植体周围局部应用生长因子是一种行之有效的改善种植体周围骨结合的手段，TiO2纳米管阵列是钛材料表面纳米修饰之一，该氧化膜可以改善钛种植材料的生物相容性和腐蚀性能。α-聚酯类乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）由聚乳酸和聚乙醇酸聚合而成，是一种可降解性的功能高分子有机化合物，具有良好生物相容性及成膜性，能够成为构建有持续释放能力的药物输送系统的理想载体材料。本课题的研究目的是利用阳极氧化法在钛种植体表面制备TiO2纳米管阵列并在其表面复合PLGA涂层，以此作为成骨生长因子的缓释体系。探索该系统的缓释规律和体外条件下对成骨细胞行为的影响规律，并对该系统在体内促进种植体骨整合的效果进行评价，为研发一种性能优异的新型种植系统提供实验依据。.研究内容：1. 采用阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列，并使用真空冻干法填充重组骨形成蛋白-2（Recombinant Human Bone Morphogenic Protein，rhBMP-2）生长因子后，在表面沉积PLGA纳米膜。采用扫描电镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）对该材料进行表征，并进行ELISA法检测其在体外环境下的药动力学释放速率。2. 成骨细胞接种到该材料表面，使用SEM、MTT和碱性磷酸酶活性测试等指标检测成骨细胞在该材料表面的行为变化。3. 将该修饰方法应用到纯钛螺纹钉表面，将其植入健康成年新西兰大白兔胫骨体内，在植入4周和12周后，常规处死实验动物，每个时间点每组12例，进行取材并进行评估。.研究结果：1. 当PLGA溶液浓度为1%、3%、10%（w/v）时，能够在TiO2纳米管层表面沉积成厚度为50 nm、200 nm、800 nm的PLGA膜，其中200 nm厚度的PLGA膜能够在4周的时间内持续释放rhBMP-2。2. 体外实验中，PLGA膜/TiO2纳米管生长因子缓释系统能够较好地促进MC3T3-E1前成骨细胞的早期黏附，并能够在后期加速MC3T3-E1前成骨细胞的成骨过程。3. 在体内实验中，PLGA膜/TiO2纳米管生长因子缓释系统有在实验动物体内较长时间促进成骨的能力。.研究结论及意义：PLGA膜/TiO2纳米管生长因子缓释系统能够有效地缓释成骨生长因子rhBMP-2，该缓释系统能够在体外促进成骨细胞的粘附和成骨功能，在体内促进骨整合。该材料能够作为一种良好的种植体表面处理