载银二氧化钛纳米管涂层种植体体内生物相容性研究

来源 :第四军医大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:xuxuanxxd
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为了降低种植体周围炎的发生几率,采用各种表面处理方法在种植体穿龈部位加载抗菌物质是目前的研究热点。以往研究证实,大管径的二氧化钛(TiO2)纳米管可以促进人牙龈成纤维细胞的黏附、增殖等功能,并且其特殊的结构为抗菌剂的加载提供了优良的条件[1]。在众多的抗菌剂中,银具有多层次多途径的抗菌活性[2,3],相对于抗生素不易产生耐药性等特点[4],并且由于银抗菌的有效浓度很低,因此可以通过在二氧化钛纳米管(TiO2-NT)中载入银和控制释放速度获得长期抗菌特性。本课题组前期研究中,采用电沉积的方法将纳米银颗粒加载在直径为100nm左右的TiO2纳米管表面,并且经体外研究初步证实,二氧化钛纳米管表面银单质的加载并没有引起明显的细胞毒性[5]。但是关于银的细胞毒性目前仍有争议,并且随着植入材料的发展,体内生物相容性受到越来越多的关注。本研究希望通过大鼠软组织模型评价载银纳米管涂层种植体的体内生物相容性,并检测纳米银颗粒的全身分布及积聚,为后期的临床应用提供理论依据。本研究采用稳压直流电源在20V的电压下对抛光纯钛表面进行阳极氧化处理获得管径为100nm左右的TiO2纳米管结构;选用0.030mol/L和0.003mol/L两个不同浓度的硝酸银(AgNO3)溶液对阳极氧化后的试样进行电沉积载银。使用场发射扫描电镜(FE-SEM)观察试样表面形貌;能量色散X射线光谱仪(EDX)分析表面元素组成;测量水、甲酰胺和二碘甲烷在试样表面的接触角并且计算表面自由能。根据ISO1093-6:2006(E)标准选用大鼠皮下生物相容性模型,检测载银纳米管试样植入2天、12天、28天时宿主异物反应;通过FE-SEM观察试样表面细胞形态;免疫荧光染色计数对比纤维包裹层内巨噬细胞密度;组织学染色观察纤维包裹层厚度;实时定量PCR(Realtime-PCR)检测周围组织单核细胞趋化蛋白(MCP-1)mRNA表达量,评价材料的生物相容性。通过电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)检测2天、12天、28天时银在血液、肝脏、肾脏以及脑组织内的分布情况,并结合试样体外浸提液银释放规律分析纳米银颗粒(AgNPs)的体内安全性。结果如下:1.成功制备直径约100nm的TiO2纳米管阵列,相对于光滑钛表面纳米管表面的表面能及润湿性显著提高。2.通过电沉积的方法成功制备载银纳米管(NT-Ag),根据AgNO3电解液溶度的不同分为高浓度载银组(NAg-H)和低浓度载银组(NAg-L),银纳米粒子紧密地粘附到纳米管的内壁,并且直径约为10nm;随着AgNO3电解液溶度的升高,材料表面银颗粒密度也随之增大;但载银纳米管表面能及润湿性相对于纳米管表面并没有发生变化。3.材料表面AgNPs释放发现,NAg-H组在2天、12天和28天时银释放量均要高于NAg-L组;前两天是释放速率最快,2到28天释放速率逐步减缓,但仍有部分银离子析出。4. ICP-MS检测体内银元素含量发现,NAg-L组大鼠2天和12天时各器官内银含量和对照组相比仅有轻度升高(P<0.05),28天时与对照组无统计学差异(P>0.05)。NAg-H组大鼠各器官银含量均呈先升高后降低的趋势;并且最早出现银聚集的器官是血液和肝脏。5.用FE-SEM观察体内取出钛片表面黏附细胞形态,2天和28天时四组试样表面形态没有明显差别;12天时NT、NAg-L和NAg-H组细胞均呈典型的长梭形伸展,PT组细胞相对于其他三组细胞伸展面积较小。6.免疫荧光CD68阳性细胞染色发现,2天时材料表面招募的巨噬细胞密度NAg-L和NAg-H组高于NT组和PT组(P<0.05);12天时,NAg-L和NAg-H组表面巨噬细胞数量明显降低,同NT组比较没有显著差异(P>0.05),PT组巨噬细胞密度相对2天时反而有所上升;28天,四组材料招募巨噬细胞密度相对于12天组均明显降低(P<0.05),NAg-H组和PT组均高于NT组和NAg-L组,但NAg-H组和PT组间没有显著差异(P>0.05)。7.实时定量PCR检测周围组织内MCP-1表达量发现,整体趋势与各组材料表面招募巨噬细胞密度相同。8. HE染色观察材料表面生成纤维包膜厚度,2天时各组织间没有统计学意义;随着植入时间的延长,各组纤维包膜均呈增厚趋势;12天、28天均表现为PT组生成的纤维包膜最厚,其次依次为NAg-H组>NAg-L组>NT组。结论:阳极氧化可以在材料表面形成均匀一致的TiO2纳米管结构;通过电沉积的方法可以制备NT-Ag,并且纳米管表面的银颗粒随AgNO3溶液溶度升高而增加。体内结果证实纳米管表面形貌具有良好的生物相容性,纳米管表面的银加载会影响宿主的异物反应,但少量的银释放并没有明显增强异物反应,也不会引起全身各器官的银积聚。通优化载银的方式,控制银释放的速率,可以使载银TiO2纳米管作为种植体穿龈部表面抗菌涂层应用于临床。
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