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活性复合钛基种植体表面的构建及生物学特性研究

魏建华  
【摘要】: 牙种植体目前已经作为一种常规修复牙列缺失的重要手段在临床上广为开展,但因为传统光滑纯钛种植体存在骨结合力(率)低、愈合时间长等缺点,限制了种植体的进一步推广使用,许多学者致力于对钛种植体表面进行改性研究,以使之获得更好的骨生物相容性。本研究系统地对粗化、活化复合钛基种植表面的生物诱导活性、生物学相容性以及骨内植入效果等进行了研究。 一、复合种植表面的表面性状分析及体外诱导活性研究 目的:构建活化、粗化复合钛基种植表面并评价其在SBF中诱导磷灰石沉积的能力。方法:将直径15mm的纯钛片表面打磨至600目,分别处理得到四组表面:(1)光滑表面:未经处理;(2)粗化表面:经金刚砂喷砂+草酸酸蚀;(3)活化表面:光滑表面经过碱液处理+热处理;(4)复合表面:先经粗化处理后,再经活化处理。观察四组表面的表面形貌特征,测量表面粗糙度、表面能及表面元素组成。将四种表面浸泡于DMEM细胞培养液中,在不同时间点取出钛片,分析其诱导磷灰石沉积的能力和沉积物的形貌及组分。结果:光滑表面呈方向均一的划痕,无诱导磷灰石沉积能力;粗化表面呈现出多级孔洞结构,无诱导能力;活化表面呈网状结构,其成分为活性TiO_2凝胶层,在培养液中可以诱导HA的沉积;复合表面可见网状及纳米级针状的NaTiO_3结晶层覆盖于原粗化孔洞表面,在细胞培养液中呈现出快速诱导磷灰石沉积的能力,磷灰石形态为针状、球状结晶。表面沉积物为含碳酸根弱结晶的HA。粗糙度检测表明,活化处理不影响表面粗糙度,但活化处理可以提高表面能。结论:粗化处理可以显著改变钛金属表面的粗糙度,表面形成多级孔洞;活化处理可以形成活性TiO_2凝胶层,具有诱导磷灰石沉积的能力;复合表面体现出二种处理的形貌特点,并能够加快诱导HA沉积的速度,形 第四军医大学博士学位论文 成的HA结晶呈纳米级针状结构。活化处理不改变表面粗糙度,但可以提高 表面能。 二、碱热处理钛金属表面生物相容性的研究 目的:评价活化种植表面的生物学相容性。方法:活化表面及单纯光滑 表面钛片两组,用溶血实验的方法测定材料的血液相容性。以材料浸提液测 定对L929细胞的急性毒性,分别取Zd、4d、6d培养时间的细胞以MTT法 评测细胞活性情况,并与阴性、阳性及空白组对照,并计算细胞相对增殖度。 将活化表面及光滑纯钛表面钛片分别植入兔皮下及股部肌袋内,在4、8、12 周取材,观察材料周围有无炎性浸润以及纤维膜厚度情况,用SEM观察植入 肌袋内的材料表面有无钙化物沉积。结果:活化表面的溶血率为0.7%。细胞 毒性实验表明,复合表面在 2、4、6d时的细胞相对增殖度分别为 96.7%、100.2 %、101.2%。实验组的 OD值与阴性对照无统计学差异,与阳性对照对比有 显著性差异。皮下埋植实验结果表明,活化表面与传统光滑表面相比,纤维 包膜厚度明显较薄,未见淋巴细胞浸润。SEM观察可见活化表面上有钙化物 沉积,能谱测量主要为Ca、P元素。结论:活化处理的纯钛表面有较好的生 物学相容性,在体内有诱导Ca、P沉积的活性。 三、新型钛基种植表面对成骨细胞生物学行为的影响 目的:以细胞培养的方法体外评价四种种植体表面的骨生物相容性。方 法:原代培养兔骨髓基质干细胞,观察其生长特性,检测ALP活性并观察在 矿化液中的钙化结节形成能力。接种第三代细胞于四种种植表面,检测30。 60、120min细胞贴壁率及3d、6d的细胞增殖度,同时测定3d、6d的ALP 活性。MC-3T3细胞接种于四种种植表面上,以CLSM观察第6天actin以及 CollagenJ表达的情况。结果:兔MSCs在体内培养有ALP活性并能形成矿 化结节。细胞在四种表面上的早期贴附率大小依次为RA>S A>A> R>R>S;增殖率: SA>S>R> RA;*u活性:RA、凡SA.>S。*O3n细胞在S表面呈定向生 一3 第四军医大学博士学位论文 长,SA表面actin表达最强。粗化活化复合表面可以促进成骨细胞的功能分 化,表达高水平的CollapenJ。结论:活化处理能够促进成骨细胞早期贴附, 粗化及活化复合处理表面的细胞增殖率较低但功能分化较好,能表达高水平 的 ALP及 Collagen-I。 四、四种表面种植体的骨内埋植实验 目的:建立犬下颌缺牙模型,观察四种表面种植体植入大下颌骨内的骨 结合情况。方法:在MDIC种植体基础上,设计适于喷砂的种植体,施加四 种处理并以SEM观察表面形貌;建立犬下颌缺牙模型并进行下颌骨相关参数 测量。将四种表面种植体植入犬下颌骨内,按3周、6周、12周顺序取材, 测定骨结合力,测定6周种植体一骨界面处的钙磷含量,观察X线片及组织学 变化,评价骨结合情况。结果:粗化、活化处理技术可以成功应用于钛种植 体上。骨结合力测定结果发现粗化表面骨结合力明显高于光滑表面,活化处 理的表面能够促进早期骨结合并提高骨结合力(RA表面3周时结合力达到 303牛,S表面仅为 111牛)。复合表面无论是早期结合强度还是骨结合力都


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