细胞自噬与WNT通路在钛表面拓扑结构依赖的成骨行为中的交互作用

Researches on surface modification of dental implant are aimed to optimize the bioactivity of the implant for maximizing its biological function while interacting with bone tissue. Understanding the mechanism through which the bioactivity is modulated will be conducive to construction dental implant of high activity. The typical micro/submicro-scale topography pattern on Ti implant has been proved to be effective to promote pre-osteoblasts differentiation and extracellular matrix mineralization in vitro as well as new bone formation in vivo. However, the enhanced differentiation behavior of pre-osteoblasts on these surfaces are generally at the cost of reduced osteogenic cell adhesion and proliferation behaviors, whereas the latter is necessary to guarantee the quantity of newly formed bone tissues. In preliminary study, we constructed a series of nano-micro-hierarchical surfaces on titanium, which was featured with high consistence in surface chemistry and matter phase structures, and found to gain higher bioactivity when compared to the typical micro/submicro-scale surface. The series of titanium surfaces provides a great model for studying the mechanism underlying topography-dependent ostoegenesis. Based on the model, we expect to explore the interactions between autophagy and WNT signal pathway during cell response to nano-micro-hierarchical titanium surfaces.

构建具有更高成骨活性的种植体表面是口腔种植领域的研究热点，探索高成骨活性表面的成骨调节机理是指导高活性表面构建的基础。目前临床应用广泛的微米尺度结构表面种植体系具有促进成骨细胞分化、细胞外基质分泌、矿化的性能，然而，体外研究发现微米尺度结构表面在促进细胞成骨表型提前出现的同时抑制了细胞的增殖，意味着微米结构钛表面新骨形成速度快但量不足，而骨整合不足是目前导致种植失败的关键因素之一。前期研究中，我们构建了一系列多尺度微纳复合结构钛表面，发现这种表面具有与微米尺度结构表面高度一致的化学成分和物相组成，并且获得了优于目前临床应用广泛的单纯微米尺度结构表面的成骨性能。基于这个具有拓扑结构依赖成骨活性的钛表面结构模型，本项目拟从细胞自噬与WNT信号通路交互作用的角度探索多尺度微纳复合结构钛表面高成骨活性的生物学机制，为揭示种植体表面拓扑结构依赖的成骨活性机制提供新的研究视角。

获得具有更快、更好骨整合性能的种植体表面以缩短种植治疗周期、扩大种植治疗适应症以及提高远期成功率，是所有种植体表面改性研究的直接目的，而探索种植体表面调节周围骨组织愈合机制，进而指导种植体表面改性，是所有种植体表面改性研究的最终目标。种植体表面拓扑结构改性是目前种植领域的研究热点之一。种植体表面接触体液后，体液中的离子、蛋白相继与种植体表面相互作用，蛋白吸附是一个高效、动态的过程，研究的第一阶段，我们从与血液的相互作用和体内成骨行为等角度，探索了形貌抑菌性多尺度结构钛表面高成骨活性的生物学机制，发现微纳复合结构表面可吸附更多的蛋白，并且粘附于微纳复合结构表面的血小板展示出最高的整体活性；然后，基于种植体骨整合的形成过程实际是种植体周围创伤愈合过程，而炎症阶段是一个承上启下的阶段的事实，第二阶段，我们研究了从微米尺度结构到多尺度微纳复合结构系列钛表面具有对BMMs极化的诱导行为，发现该诱导能力具有形貌依赖性；第三阶段的研究中，我们研究成骨前体细胞在多尺度微纳复合结构表面的粘附、增殖和分化过程中细胞自噬作用，为揭示种植体表面拓扑结构依赖的成骨活性机制研究提供新的视角。