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目的:钛（Ti）及其合金制成的内植入物由于具有出色的机械和生物性能在骨科手术中被广泛使用。然而,内植入物骨整合不足往往引起严重并发症,如无菌松动。巨噬细胞免疫响应、血管形成和新骨生成是影响内植入物骨整合的关键环节,若内植入物持续诱导巨噬细胞促炎性M1型极化,将有损于组织的愈合。仿生纳米结构表面形貌模仿了细胞外基质的纳米形态,其增加的表面积使植入物与相邻细胞之间的相互作用程度大为增加。本课题组前期研究发现,无序二氧化钛纳米柱（TNrs）材料具备令人满意的抗菌特性和生物相容性,却对成血管分化具有较大的负面影响,同时其作为“异物”急剧地引起巨噬细胞M1型极化,可能因此而拖累内植入物的骨整合进程。磁性纳米材料在促骨整合方面具有一定的潜力,特定频率与强度范围内的电磁场能够促进成血管分化、成骨分化并调控巨噬细胞极化。因此,本研究使用四氧化三铁（Fe3O4）赋予TNrs磁性,并研究Ti、TNrs和Fe3O4-TNrs在外加1 mT、15 Hz正弦电磁场（SEMF）对成血管和成骨分化的影响及其具体分子机制、对巨噬细胞极化的调控作用及极化的巨噬细胞进一步影响成血管和成骨分化的能力,为探索更具潜力的促进骨整合的骨科内植入物改造模式拓宽思路。方法:1.通过水热法合成TNrs,并进一步用置换法合成Fe3O4-TNrs。通过场发射扫描电镜（FE-SEM）、能量色散X射线光谱（EDX）、透射电镜（TEM）和铁离子释放实验进行材料表征。利用FE-SEM、细胞骨架荧光染色和CCK-8等方法检测大鼠骨髓间充质干细胞（BMSCs）、血管驻留内皮祖细胞（VR-EPCs）和骨髓来源巨噬细胞（BMMs）在Ti、TNrs和Fe3O4-TNrs外加SEMF处理下的粘附与增殖状态。2.使用血管形成实验、成骨诱导及茜素红染色、细胞骨架荧光染色、qRT-PCR和Western blot检测Ti、TNrs、Fe3O4-TNrs及外加SEMF对体外成血管和成骨分化的影响,通过Micro-CT、钙黄绿素标记、组织切片甲基蓝-碱性品红染色检测大鼠股骨缺损植入模型中Ti、TNrs、Fe3O4-TNrs外加SEMF对体内新骨生成及骨整合的影响。3.检测Ti、TNrs、Fe3O4-TNrs及外加SEMF调控成血管和成骨分化过程中钙调神经磷酸酶（Calcineurin）的活性及其下游NFATc1核转移情况的改变。使用环孢菌素A（CsA）抑制Calcineurin活性后再次通过血管形成实验、成骨诱导及茜素红染色和Western blot检测材料外加SEMF对成血管和成骨分化的影响是否发生改变,以分析Calcineurin/NFAT信号通路在Ti、TNrs、Fe3O4-TNrs外加SEMF调控成血管及成骨分化过程中的作用。4.使用Western blot检测Ti、TNrs、Fe3O4-TNrs及外加SEMF对BMMs的M1及M2型极化标志蛋白表达的影响,通过ELISA、血管形成实验、成骨诱导及茜素红染色和免疫荧光染色检测材料外加SEMF通过诱导BMMs极化对成血管和成骨分化所产生的的影响。结果:1.成功合成直径50 nm、长度500 nm的TNrs和Fe3O4-TNrs材料,并验证了无论是否外加SEMF,Fe3O4-TNrs均不会于14天内释放出铁离子,因而不会在此期间丧失磁性或释放铁离子影响周围细胞活性。Ti、TNrs、Fe3O4-TNrs外加SEMF对细胞粘附与增殖无不良影响。2.Ti、TNrs及Fe3O4-TNrs均抑制成血管分化,Fe3O4-TNrs外加SEMF后显著改善了材料对成血管分化的抑制作用,具有比仅外加SEMF且不使用任何材料处理时更高程度的促成血管特性。TNrs和Fe3O4-TNrs在体内外具备一定程度的促成骨作用,SEMF能够更进一步促进此过程,外加SEMF的Fe3O4-TNrs具有所有检测组中最大程度的促成骨分化的能力。3.SEMF促进成血管及成骨分化过程中Calcineurin/NFAT信号的激活,Fe3O4-TNrs外加SEMF能够更为显著的激活Calcineurin/NFAT通路并促进其下游成血管和成骨相关基因表达,逆转材料对成血管分化的不利影响,同时协同Fe3O4-TNrs促进成骨分化。4.Ti、TNrs和Fe3O4-TNrs引起巨噬细胞促炎性M1型极化并削弱巨噬细胞对成血管和成骨的促进作用,SEMF能够诱导巨噬细胞向抑炎性M2型极化,Fe3O4-TNrs外加SEMF后明显缓解Fe3O4-TNrs对巨噬细胞M1型极化的调控作用,使巨噬细胞转化为M2型,巨噬细胞的促成血管和促成骨能力大幅度提升,其中巨噬细胞的促成血管效应升高至接近仅外加SEMF且不使用任何材料处理巨噬细胞时的水平。结论:使用简便、环保、经济的方式合成的Fe3O4-TNrs在外加SEMF后通过激活Calcineurin/NFAT信号显著改善材料对成血管分化的抑制作用,同时更进一步增强促成骨分化能力。Fe3O4-TNrs外加SEMF缓解材料对巨噬细胞强烈的促炎性诱导作用,使其转向抑炎性M2型极化进而促进组织再生。因此,Fe3O4-TNrs外加SEMF的内植入物改性模式能够较为全面的促进骨整合。