钛基生物材料微图形生物活性表面对人体成骨细胞调控生长的机理研究

本项目主要研究钛基生物材料表面精确设计的具有生物活性的微图形对人体成骨细胞生长的调控规律和机理，并利用动物实验研究微图形生物活性表面的成骨性能及骨诱导性。为此，本项目将合成新型磷酸类分子并用于改性钛合金生物材料，进一步采用微接触印刷术并结合其它表面改性技术在钛生物材料表面构建细胞外基质微图形、碳纳米管微图形以及羟基磷灰石微图形；研究这三种微图形生物活性表面的形貌特征（微图形形状）和形貌参数（尺度）对人体成骨细胞调控生长的机理，探讨微图形生物活性表面增强钛材料生物相容性的机理并用动物实验研究其骨诱导性。通过本项目的研究，可望获得不同微图形生物活性表面对人体成骨细胞的粘附、铺展、形态、蛋白表达以及细胞增殖行为等功能调控的规律性认识，为设计能够调控人体成骨细胞生长的植入器械和骨组织工程支架材料提供理论和实践上的依据，并获得具有良好成骨性能的骨替代材料。

生物材料的生物相容性不仅与材料表面的化学性质有关，也与表面拓扑结构有关。本项目采用微接触印刷术在钛等生物材料表面制备各种生物活性微图形并研究这些微图形与成骨细胞以及软骨细胞之间的相互作用行为。项目成功获得了细胞外基质（ECM）蛋白微图形和碳纳米管微图形以及仿生沉积的羟基磷灰石涂层。ECM蛋白微图形与细胞之间的相互作用研究表明，不同的ECM微图形对细胞的生长行为影响不同；不同的微图形尺寸对细胞的生长行为具有十分明显的影响，设计适当的微图形类型及尺寸可以很好地调控细胞的形态和形貌；微图形的尺寸对细胞的功能表达影响明显，能够促进细胞铺展的微图形通常也能促进细胞的有关蛋白表达。碳纳米管微图形上成骨细胞的生长行为研究表明，碳纳米管对成骨细胞没有毒性，尽管碳纳米管可以作为成骨细胞生长的良好基体，但细胞生长并没有表现出明显的方向性。通过仿生沉积方法成功在钛表面制备了HA涂层以及载抗生物的HA涂层，研究发现载药HA涂层具有良好的抗菌性能，载药抗菌HA涂层对成骨细胞生长没有毒性。因此，本项目的研究结果表明，通过制备合适的生物活性微图形，尤其是ECM蛋白微图形，可以很好地控制细胞的粘附、铺展、排列、生长方向以功能表达等行为，其结果可用于指导生物材料的表面改性用于制备可控的特异性生物材料表面，在生物材料与组织工程方面获得应用。. 本项目目前已经公开发表SCI收录论文5篇，EI收录论文3篇，CSCD核心期刊2篇，其它英文期刊1篇，CSCD核心期刊接受1篇，申请发明专利2项，参加全国以及国际学术会议6次，培养硕士研究生2名（1名在读，1名已经毕业）。