纳米钛酸钙涂层钛合金的研制及其在体内外的生物学效应评估

目前在钛和钛合金表面涂覆以羟基磷灰石(HA)为代表的生物陶瓷涂层来提高生物相容性。由于与基材界面存在残余应力且热膨胀系数与基材不匹配，导致涂层的结合强度较差，出现涂层剥落与涂层脆裂，造成植入物松动和金属基材腐蚀等问题。针对这一问题我们力图寻找一种更好的生物材料。.研究表明钛酸钙能诱导羟基磷灰石的沉积和细胞的黏附和增殖，本课题拟将钛酸钙涂层"原位"形成于钛合金表面，形成纳米生物活性涂层，使其具有结合强度高，不易剥脱，有利于成骨细胞附着的特性,并将此材料与HA涂层钛合金材料对比。通过离体实验对比两者的成骨细胞粘附能力和Ⅰ型胶原以及碱性磷酸酶合成能力；在模拟体液中诱导沉积骨状磷灰石形成的能力；于细胞水平评价两者的成骨能力。通过在体动物实验从生物力学和组织形态学评价两者的骨结合能力。根据离体细胞实验和动物实验数据，进行钛酸钙涂层钛合金材料改良，探索钛酸钙涂层钛合金材料作为新型体内植入物的可行性。

本项目属于一年期的小额资助，在这实施期的一年里，本项目的研究目标得到基本实现，成果总结如下：1、探索出了在钛螺纹钉表面进行改性钛酸钙涂层的理化方法，成功制备了化学成份明确，涂层稳固的钛酸钙涂层螺纹钉（专利名称：一种纳米线状钛酸钙及其合成方法，公示号：201210001302.1；专利名称：一种医用钛酸钙生物涂层及其制备方法，公示号：201210000276.0；这两项专利已进入实质审查阶段）；2、利用该涂层，首先进行了体外细胞生物相容性研究，结果证明钛合金表面纳米级钛酸钙涂层后的材料无明显细胞毒副作用，具有良好的生物相容性，在促进成骨细胞增殖、成骨等方面与羟基磷灰石相近，以上结果已经完成培养硕士研究生（邹敏）1名，并且正在撰写成文，准备投稿；3、利用该涂层，接下来先进行了体内生物相容性研究，结果证明：钛酸钙具有很好的组织相容性，与骨组织结合能力明显优于钛，与羟基磷灰石涂层生物相容性类似。钛酸钙涂层与钛基表面“原位”结合，不脱落，钛酸钙与骨组织可能存在化学键结合，是一种具有发展潜力的骨科种植体涂层材料，但是必须指出的是：生物力学结果显示钛酸钙涂层与骨结合强度明显优于无涂层的钛表面，但弱于羟基磷灰石涂层。分析其原因可能与钛酸钙涂层的孔径过小，孔深过浅，不适合骨单元长入，使其机械结合能力不如羟基磷灰石涂层有关系，因此下一步工作就是将钛酸钙涂层的孔径、孔深进行改进探索。以上结果已经完成培养硕士研究生（何榕真）1名，并且正在撰写成文，准备投稿；4、资助撰写周围神经系统损伤的综述并且已经发表于SCI收录期刊Neural Regeneration Research，见Wu S, Cao X, He RZ, Xiong K. The detrimental impact of hyperlipidemia on peripheral nervous system: a novel target of medical epidemiology and fundamental research. Neural Regen Res. 2012; 7(5): 392-399.标注有本项目资助；5、支持本人获得湖南省科技计划项目1项；见：项目编号：2012WK3001,运用siRNA技术拮抗TGF-β和BMP-7表达以治疗OA的可行性研究。