钛表面磷酸钙/Ⅰ型胶原涂层成骨效应的体内研究

【摘要】背景：钛及钛合金,具有较强的机械性能,较好的抗腐蚀和抗疲劳性,以及良好的生物安全性’,但缺乏骨诱导性能,属生物惰性材料。骨整合承担钛种植体向骨组织持续分散负荷的功能,但由于钛的弹性模量远高于骨,会产生应力屏蔽,引起植入体松动。如何使钛材料与骨组织建立快速稳定的骨整合成为学者关心的热点。研究发现在钛及钛合金种植材料表面进行改性及修饰可以有效地改善其成骨性能,并可获得愈合更快、生物活性更高的特性2。涂层可以对种植材料表面进行改性及修饰。磷酸钙(CP)涂层能与钛表面产生化学连接,促进成骨细胞的早期黏附、增殖¨。但涂层存在长期稳定性差,易降解和脆性强及与钛结合力差的弱点5。I型胶原是一种细胞外基质的有机组成成分,是主要的骨结构蛋白。钛表面单纯胶原涂层可以为骨矿化提供基质,并促进成骨细胞的进一步增殖、分化6-8。但是单纯的胶原涂层强度低,不稳定,骨诱导性差。如果将两者结合形成复合涂层,I型胶原良好的可塑性可以弥补磷酸钙脆性强,易断裂的弱点。该复合涂层与钛金属的结合力要远远强于单纯的CP和I型胶原涂层9。CP/COL-Ⅰ仿生涂层从结构上在钛种植体表面模拟生物矿化的环境,但其能否促进早期骨性愈合的发生,能否使牙种植体与人体骨组织间最终达到稳定和长期的骨结合。我们的前期体外实验已经证明该复合涂层能够促进前成骨细胞ME3T3-E1的黏附、增殖和分化能力,细胞的增殖量,碱性磷酸酶、骨钙蛋白和I型胶原的表达量均高于同等条件下的纯钛组和纯CP组10。目的：本研究通过将CP/COL-Ⅰ复合仿生涂层修饰的种植体植入动物体内,了解种植体表面磷酸钙/I型胶原复合涂层在体内骨整合过程中的表现,评价其体内成骨能力,为该复合涂层在临床上的推广应用提供科学依据。方法：用电沉积的方法在种植体表面制备CP/COL-Ⅰ复合仿生涂层,根据孔隙的大小分为多孔型和致密型。种植体按表面修饰的不同分为纯钛组(n=24),单纯CP组(n=24),CP/COL-Ⅰ复合涂层多孔组(n=24),CP/COL-Ⅰ复合涂层致密组(n=24),用扫描电镜(SEM)观察各组种植体涂层表面的微结构特征。分别植入48只新西兰雄兔股骨远心末端,2周、4周、8周和12周后采集带种植体的股骨样本,采用影像学观察,生物力学检测、组织学HE、Masson染色、免疫组织化学测量分析,用单因素方差分析统计数据,综合评价该复合涂层的的骨整合能力。结果：1.扫描电镜观察：纯钛种植表面光滑且凹凸不平,单纯CP涂层为片状晶体结构。CP/COL-Ⅰ复合涂层多孔组和致密组可见胶原纤维覆盖在鳞片状的磷酸钙晶体表面,形成多孔复层网状结构。多孔组孔隙大而多,结构清晰而致密组孔隙小,结构不规则。2.影像学检查：X线检查各组之间没有肉眼可见的骨密度差异。螺旋CT扫描并测量种植体周围0.5mm的骨质密度,显示4周和12周的复合涂层组的骨密度高于纯钛组和单纯CP组,12周的多孔组最高。3.生物力学检测：拔出实验显示,CP/COL-I复合涂层的种植体在各时间组与周围骨组织的结合力均大于纯钛组和单纯CP组。第8周时,多孔组与骨结合力(F=72.13N)超过了致密组(F=60.82N)。4.组织学HE染色观察：第8周和12周时,复合涂层组界面可见红染的成熟骨质,与原板层骨界限大部消失,部分区域由致密的骨基质连接,骨髓腔变小。而纯钛组仍可见较多的纤维结缔组织,骨髓腔比较大,单纯CP组次之。5.Masson染色分析：第2周时,在种植体与骨交界边缘均可见染色成淡蓝色的胶原纤维。第8周时,除纯钛组和单纯CP组有少量胶原纤维分布在种植体界面,复合涂层两组少见纤维组织,种植体周围的新生骨质染色与旧骨一致成深蓝色。6.免疫组织化学检测骨钙素(Osteocalcin,OC)免疫组化检测显示：各组的阳性反应表达均在第4周达到了最大,多孔组的骨钙蛋白的表达量在此期明显高于其他三组。结论：由磷酸钙和I型胶原组成的复合涂层有良好的生物相容性和骨传导性,可以促进种植体周围成骨细胞的增殖分化,从而促进新骨的增生,是一种可行的,具有应用前景的种植体涂层材料。
【作者】俞兰；
【导师】林军；
【作者基本信息】浙江大学，口腔临床医学，2014，硕士
【关键词】磷酸钙；Ⅰ型胶原；涂层；种植体；体内研究；

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