增材制造多孔钛表面氨基微环境的构建及诱导成骨的研究

Implant repair will become the main repair method for dental dentition defect in the future. Osseointegration is the key factor of implant repair success. Meanwhile, stress shielding is the main factor affecting the prognosis of implants repair. Additive manufacturing porous Titanium, due to its outstanding biological and mechanical properties, has the potential to solve these problems simultaneously. In this study, PECVD will be used on the SLM additive manufacturing porous Titanium surface to build amino group microenvironment, in order to increase the material's ability to induce osteogenesis.The effects of cell microenvironment on the osteogenic differentiation of stem cells will be studied by co-culture with bone marrow derived mesenchymal stem cells. Using gene chip technology, we will study the mechanism of microenvironment on stem cell gene expression and signal transduction pathway (Wnt/β-catenin、MAPK and TGF-β/BMPs）from transcriptomics and signal pathway network, and also will clarify its mechanism of promoting stem cell osteogenesis. This project will benefit the solution of the problem we mentioned before, osseointegration and stress shielding.

未来种植修复将成为口腔牙列缺损的主要修复方式。口腔种植体植入后的骨整合和应力遮挡问题是种植修复能否成功的关键问题。增材制造多孔钛由于其出色的生物学性能及力学性能，拥有同时解决这两方面问题的潜力。针对此问题，本项目运用选择性激光熔化（SLM）技术增材制造多孔钛支架，调控材料的表面性质。然后通过低温等离子体活化的方式，在多孔钛表面构建氨基微环境，增加材料的成骨诱导的能力。将支架与骨髓间充质干细胞BMCs 共培养，从细胞水平研究该微环境对干细胞成骨分化的影响。采用基因芯片技术，从转录组学、信号通路网络来研究这种微环境对干细胞基因表达、信号转导途径的影响。探索增材制造多孔钛表面氨基微环境对影响骨组织形成的钙敏感受体信号通路的作用（包括Wnt/β-catenin、MAPK和TGF-β/BMPs等相关信号通路），阐明其促进干细胞成骨的机制，为解决口腔种植体骨结合、应力遮挡的关键问题提供新的思路。

未来种植修复将成为口腔牙列缺损的主要修复方式。口腔种植体植入后的骨整合和应力遮挡问题是种植修复能否成功的关键问题。本项目运用选择性激光熔化（SLM）技术增材制造多孔钛支架，设计了贯通阵列孔和钻石晶格孔两种支架，分别匹配人皮质骨和松质骨弹性模量的多孔钛支架，初步解决了应力遮挡问题。增材制造多孔钛支架表面存在大量的小球状突起，并且突起之间存在纳米级的沟纹结构，细胞实验了其促进细胞黏附、增殖的作用。自主研发设计了一台可激发液体为等离子体的大气压低温等离子体镀膜机，成功在多孔钛表面引入氨基薄膜，构建氨基微环境。经过分析，氨基微环境增加亲水性的同时又不改变其表面微观结构。细胞实验证实了氨基基团促进细胞黏附、增殖的作用。将支架与骨髓间充质干细胞BMCs共培养，从细胞水平研究该微环境对干细胞成骨分化的影响。通过碱性磷酸酶活性检测、免疫荧光和qRT-PCR实验，证实了氨基基团促进干细胞成骨的作用。采用基因芯片技术，从转录组学、信号通路网络来研究这种微环境对干细胞基因表达、信号转导途径的影响，证实了氨基微环境对影响骨组织形成的钙敏感受体信号通路的作用（包括Wnt/β-catenin、MAPK和TGF-β/BMPs等相关信号通路），初步阐明其促进干细胞成骨的机制，为解决口腔种植体骨结合、应力遮挡的关键问题提供了一定帮助。