载银TiO2纳米管种植体体内抗炎效果的研究

来源 :第四军医大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hzuns
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口腔内各种共生菌及致病菌的存在使牙科种植体处于一个高度易感的环境,细菌在种植体表面上粘附、聚集很容易引起种植体周围感染,对种植体远期良好的使用效果带来隐患。研究证实在牙科种植术后,无论在创伤的早期愈合中还是在种植体后期的使用过程中,其周围组织都存在一定的感染机率[1]。目前新型钛种植体的研究多致力于通过表面改性技术研发出既能提高其表面生物活性促进种植体与周围软、硬组织的整合又能降低周围组织感染机率的涂层[2,3]。因此,在种植体基台部位加载抗菌药物逐渐成为种植体表面改性研究的热点。纳米管是一种排列高度有序的管状结构,这种管状形貌为种植体表面改性,加载抗菌、抗炎、促生长等各种物质提供结构空间。纳米银颗粒(AgNPs)由于具有良好的抗菌性能、安全、经济且不易产生耐药性等诸多优点而被应用于生物医学领域[4,5]。实验证明将AgNPs加载在生物材料表面可以有效控制术后感染[6]。因此将AgNPs加载在纳米管表面有望使种植体表面具有良好的抗菌性。然而,大多数材料植入体内后会引起组织内炎症反应,而炎症反应的程度和持续时间都可能会对种植体周围组织的愈合效果产生影响。文献报道[7],AgNPs还具有一定的抗炎效果,可以减少感染伤口的炎症反应,显著加快创口愈合时间。因此,我们推断AgNPs可能会改变或抑制体内的炎症活动,而且它在感染伤口中对平衡炎症介质的分泌也可能具有决定性的作用。部分学者已对该涂层进行一系列的体内外研究[8-13],但尚未见文献报道该表面涂层在复杂口腔环境中的生物效应以及对周围软组织愈合的影响,特别是对组织内早期炎症反应和后期修复重建过程的影响。本实验以成年家犬为动物模型,研究载银TiO2纳米管种植体植入体内后对周围软组织炎症反应的影响,进一步探究AgNPs抗炎作用,为该表面涂层对种植周围组织内炎症进程的影响提供一定的依据,希望为载银TiO2纳米管种植体表面涂层的临床应用提供论证。方法:采用直流稳压电源利用阳极氧化的工艺技术将电压控制在20V,对纯钛种植体进行表面改性处理,在钛表面制备出管径约为100nm的TiO2纳米管表面形貌。将制备好的TiO2纳米管种植体,分别浸泡在0.005mol/ml和0.010mol/ml两种浓度的AgNO3溶液中,采用电沉积载银的方法进行纳米银粒子的加载,加载结束后将试样经紫外光催化1h,制备出低载银TiO2纳米管组和高载银TiO2纳米管组。利用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)观察各组试样表面形貌,X射线能谱仪(EDS)检测载银组的表面化学成分,并对试样表面的接触角及总表面能进行计算,通过以上方法分别对纯钛抛光组(PT)、TiO2纳米管组(NT)、低载银TiO2纳米管组(NAg-L)和高载银TiO2纳米管组(NAg-H)等4组试样的表面性能进行分析。采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)对两载银组体外的银离子释放速率进行观测。具有新型表面涂层的钛种植体在植入体内前,我们需要对其进行一系列的体外研究,从而判断该材料对细胞是否具有潜在毒性,是否可以进一步应用到体内。选用L929小鼠成纤维细胞进行培养,通过观测该细胞在各组试样表面的粘附和增殖情况,初步分析各组材料表面对细胞行为的影响。实验动物选择雌性成年家犬,将种植体沿颊舌向植入犬的双侧下颌骨内,分别选择种植术后1天、7天、14天及28天为观测点,且在7天、14天及28天时提取种植体周围龈沟液(PICF),对龈沟液体积定量分析;软组织切片HE染色观察种植体周围软组织的愈合过程及炎细胞浸润情况;采用实时定量PCR(Real Time-PRC)检测周围软组织内肿瘤坏死因子TNF-α(TNF-α,Tumor Necrosis Factor-alpha),白介素-6(IL-6,interleukin-6)及白介素-1β(IL-1β,interleukin-1β)3种炎症因子mRNA的表达量,观察在不同观测点内4组种植体周围软组织内炎症反应的程度;免疫荧光染色CD14阳性巨噬细胞,观察各组试样周围软组织内招募的巨噬细胞密度。结果:1.通过阳极氧化的方法在纯钛种植体表面成功制备出管径约为70-100nm的TiO2纳米管阵列。2.纳米管试样电沉积载银后,经SEM观察在纳米管表面散在粘附高亮颗粒,直径<10nm,EDS分析有银元素的出现,说明成功将纳米银颗粒加载在纳米管表面。3.ICP-MS进行Ag+释放检测发现NAg-H组银的释放量明显高于NAg-L组,两组试样在1天和7天时Ag+释放速率较快,直至14天以后释放速率明显减缓,但14~28天之间两组中皆检测出少量的Ag+释放。4.利用去离子水、无水乙醇和二碘甲烷3种液体对4组试样表面的接触角进行测量发现,与PT组相比纳米管表面具有超亲水特性,加载高剂量的AgNPs后会使材料表面亲水性有所降低。4组试样的总表面能计算结果显示纳米管表面形貌的总表面能远远大于抛光表面,NAg-L组加载低剂量的AgNPs并不影响材料表面纳米形貌的总表面能, NAg-H组加载高剂量的AgNPs后材料的总表面能降低,但依然小于PT组。5.细胞粘附形态观察发现与纳米管表面形貌的3组相比,PT组细胞伸展良好,平铺面积更大,但两载银组和NT组间细胞形态没有明显差异。MTT细胞活力检测根据OD值的检测结果分析,与PT组相比NT组及两载银组对成纤维细胞的生长并没有产生明显的抑制作用。6.PICF体积分析:7天时NAg-L组最少,与其他3组有显著性差异(P<0.05);14天时NAg-H组最低,其他3组间无明显差异;28天时4组间无统计学差异(P>0.05)。7.HE染色对软组织观察发现7天时上皮结构已经形成,28天已经具有成熟的上皮结构;NT组和NAg-L组相对于抛光组具有较少的炎细胞浸润,NAg-H组最初较多(1天、7天),随着时间的增加(7天、28天)炎细胞浸润明显少于PT组。8.炎症因子TNF-α、IL-1、IL-6mRNA表达量结果分析:与PT组相比NT组周围软组织内3种炎症因子表达量较低,说明炎症反应较小;两载银组种植体在植入后最初1天时对组织具有一定的刺激作用,但随着银离子的释放,在7天、14天甚至28天时两载银组皆可以有效的抑制TNF-α、IL-1β、IL-6mRNA表达。9.CD14+巨噬细胞染色观察发现与PT组相比NT组招募较少的巨噬细胞,载银组仅在接触组织的最初(1天)招募较多的巨噬细胞,随着时间的增加,Ag+的不断释放,巨噬细胞数量减少。结论:与抛光纯钛表面形貌相比,TiO2纳米管表面形貌具有更好地生物相容性,使种植体周围软组织内产生较小的炎症反应。TiO2纳米管表面加载AgNPs后大大降低了软组织内炎症反应的各项指标,更显著的抑制了种植体周围软组织中炎症反应的程度。因此,综合以往的研究我们可以得出结论,AgNPs既有抗菌特性又兼具良好的抗炎特性,可以有效地抑制种植体植入后软组织愈合早期炎症的发生和发展,促进组织的愈合,具有良好的应用前景。
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