【摘 要】
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目的:钛及其合金作为基底金属广泛用于制作种植体,但由于其骨诱导能力欠佳,往往需要对其表面进行改性以促进成骨。本研究利用海藻糖/冻干将Lenti-BMP-2颗粒负载于TiO2纳米管对钛种植体表面进行改性,并对其骨结合能力进行评价。进一步研究探讨,由于高剂量BMP-2用于钛种植体表面改性易引发诸多副作用,通过海藻糖/冻干负载BMP-2在保证骨诱导能力不降低的前提下,可否减少BMP-2的负载剂量。材料和
【基金项目】
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国家自然科学基金（81200815,81000420,81271182）；
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目的:钛及其合金作为基底金属广泛用于制作种植体,但由于其骨诱导能力欠佳,往往需要对其表面进行改性以促进成骨。本研究利用海藻糖/冻干将Lenti-BMP-2颗粒负载于TiO2纳米管对钛种植体表面进行改性,并对其骨结合能力进行评价。进一步研究探讨,由于高剂量BMP-2用于钛种植体表面改性易引发诸多副作用,通过海藻糖/冻干负载BMP-2在保证骨诱导能力不降低的前提下,可否减少BMP-2的负载剂量。材料和方法:1.阳极氧化法（20V,3h）于钛片及钛种植体表面制备TiO2纳米管阵列;用慢病毒三质粒系统转染293T细胞生产携带EGFP与BMP-2的慢病毒病毒液;贴壁法培养F344大鼠BMSCs;并检测BMP-2慢病毒颗粒成功负载于TiO2纳米管。2.检测TiO2纳米管涂层的体外各项特性:表面形态,Lenti-BMP-2颗粒与海藻糖释放特性,诱导BMSCs成骨能力,对BMSCs增殖的影响以及对炎性因子的作用。3.种植体植入大鼠股骨缺损,Lyo-Tre-Lenti-BMP-2-EGFP为实验组,TiO2,Lyo-Tre和Lyo-Tre-Lenti-EGFP为对照组。术后第8周取材,对不同组标本分别行组织形态学分析与push-out检测。4.将BMP-2分别经海藻糖/冻干负载（TiO2-Lyo-Tre-BMP-2）和常规负载（TiO2-BMP-2）于TiO2纳米管表面,并通过扫描电镜（SEM）观察其形态特征。5.以TiO2-Lyo-Tre-BMP-2为实验组,TiO2-BMP-2为对照组,比较所负载BMP-2的体外释放特性、生物活性、生物稳定性以及对大鼠BMSCs成骨诱导能力。6.将2种负载方式、不同负载BMP-2剂量的种植体分为8组,TiO2,TiO2-0.3μg BMP-2,TiO2-0.5μg BMP-2,TiO2-1.0μg BMP-2,TiO2-Lyo-Tre,TiO2-Lyo-Tre-0.3μg BMP-2,TiO2-Lyo-Tre-0.5μg BMP-2,TiO2-Lyo-Tre-1.0μg BMP-2 TiO2,分别植入大鼠股骨缺损,术后第8周对不同组标本行Micro-CT、序列荧光标记和组织形态学观察、分析,并比较。结果:1.阳极氧化法于钛表面成功制备出TiO2纳米管层,管径与管长分别为100与400 nm;成功生产出携带EGFP与BMP-2基因的慢病毒病毒液;经贴壁法成功培养扩增出BMSCs;并经荧光显微镜检测证明Lenti-BMP-2成功负载于TiO2纳米管表面。2.经海藻糖/冻干负载Lenti-BMP-2后其表面明显可见玻璃样不定形物质;Lenti-BMP-2与海藻糖均表现出缓慢持续释放的特性;并对大鼠BMSCs成骨分化具有明显诱导作用但对增殖无明显促进作用;另外,其对炎性因子IL-1β与TNF-α具有明显抑制作用。3.大鼠股骨缺损模型中,Lyo-Tre-Lenti-BMP-2-EGFP种植体表面较其余3组生成更多的骨组织,并且骨结合更牢固,表明经海藻糖/冻干负载Lenti-BMP-2对种植体表面进行改性后具有理想的促进骨结合的能力。4.BMP-2分别经常规负载和海藻糖/冻干负载于TiO2纳米管表面后,SEM观察分别可见表面附着少量与较多玻璃样不定形物质。5.与常规负载（TiO2-BMP-2）相比,BMP-2经海藻糖/冻干负载（TiO2-Lyo-Tre-BMP-2）于TiO2纳米管表面后,BMP-2表现出缓释性、较好的生物活性以及较高的生物稳定性等特性,并对BMSCs成骨分化具有更强的诱导能力。6.在大鼠股骨缺损模型中,TiO2-Lyo-Tre-BMP-2种植体具有更强的促进骨再生能力,TiO2-Lyo-Tre-0.3μg BMP-2、TiO2-Lyo-Tre-0.5μg BMP-2种植体周围新生骨质的骨量分别与TiO2-0.5μg BMP-2、TiO2-1.0μg BMP-2种植体周围新生骨量相似,表明与常规负载相比,BMP-2经海藻糖/冻干负载可以有效降低所需负载剂量。结论:1.经海藻糖/冻干将Lenti-BMP-2负载于TiO2纳米管对钛表面进行改性,可以有效促进其表面诱导成骨分化能力并同时减轻其炎症反应的程度,进而增强种植体表面骨结合,利于种植体长期稳定及发挥作用。2.与常规负载相比,BMP-2经海藻糖/冻干负载可以显著促进BMSCs成骨分化及骨组织生成,并有效降低所需负载BMP-2的剂量,利于避免种植体表面因负载高剂量BMP-2所引发的诸多副作用。
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