成骨細胞與鎂合金表面硅酸鹽-磷酸鹽復(fù)合涂層的體外相容性研究.pdf

1、實驗?zāi)康模?br>　　 目前，廣泛應(yīng)用于臨床上的骨板、骨釘?shù)壬镝t(yī)用材料主要是鈦及鈦合金、不銹鋼及聚乳酸等。但是，這些材料都存在一定的局限性。鈦及鈦合金、不銹鋼等金屬材料會發(fā)生應(yīng)力遮擋效應(yīng)，即將會屬材料植入人體后，因其與入骨材料的彈性模量不匹配產(chǎn)生的人骨受力的遮擋效應(yīng)，會使骨骼強度降低、愈合遲緩；而且在骨愈合后，需要二次手術(shù)取出材料。而聚乳酸等高分子材料力學(xué)性能差，很難承受較大的負重。因此目前臨床上迫切需要一種不具備上述局限性的新型骨

2、固定材料。而且隨著對骨組織工程支架材料研究的不斷深入，開發(fā)具有良好力學(xué)性能、可在體內(nèi)安全降解的新型骨組織工程支架材料同樣具有重要意義。
　　 在這樣的背景下，鎂金屬孕育而生。鎂作為醫(yī)用植入材料，與現(xiàn)在已投入臨床使用的各種金屬植入材料相比，具有以下突出的優(yōu)點：①資源豐富，價格低廉，金屬鎂錠的價格在2萬元／噸以下，而鈦錠的價格在6萬元／噸以上；②良好的生物相容性和生物可降解性；③是人體內(nèi)僅次于鉀、鈉、鈣的細胞內(nèi)正離子，參與蛋白質(zhì)合成

3、，能激活體內(nèi)多種酶，調(diào)節(jié)神經(jīng)肌肉和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的活動，保障心肌正常收縮。鎂幾乎參與人體內(nèi)所有新陳代謝過程。
　　 雖然鎂金屬具有以上的優(yōu)勢，但將單純的鎂或鎂合金直接應(yīng)用于臨床同樣面臨著許多問題。鎂及鎂合金的耐蝕性能較差，很容易發(fā)生點蝕，在有Cl-存在的環(huán)境中降解速度更快，且在周圍介質(zhì)的pH值低于11.5時，鎂合金在人體內(nèi)的腐蝕會加快。將鎂合金植入體內(nèi)后會引起周圍局部環(huán)境的PH值升高而不利于細胞和組織的生長。雖然鎂是人體的常量元素

4、，但吸收過量鎂離子對人體也是有害的。
　　 為了進一步提高鎂合金的生物相容性并增強其耐腐蝕性能，使其能夠作為骨損傷后的固定材料和骨組織工程的支架材料，本研究將鎂合金表面加上一層硅酸鹽-磷酸鹽復(fù)合涂層，并在體外將其與成骨細胞進行復(fù)合培養(yǎng)，檢測成骨細胞的形態(tài)、分化、生長活力、細胞周期變化等各項指標，為經(jīng)過表面改性的鎂合金作為骨修復(fù)材料及骨組織工程支架材料的研究發(fā)展提供參考依據(jù)。
　　 實驗方法：
　　 將4只出生后2

5、4h內(nèi)的SD大鼠浸泡于75％的乙醇，通過膠原酶消化法獲得較為均質(zhì)的成骨細胞，細胞爬片，固定，行堿性磷酸酶染色、Ⅰ型膠原免疫熒光染色與礦化結(jié)節(jié)茜素紅染色進行細胞鑒定。將鎂合金(含Zn2％，Mn0.8％，Ca1.0％)進行脫脂和活化處理后，浸泡于Ca(NO3)2和NaSiO3的混合溶液中并加入硫酸和磷酸，使鎂合金表面生成硅酸鹽-磷酸鹽復(fù)合涂層，并用能譜分析型掃描電子顯微鏡分析其元素含量。將成骨細胞與材料樣品進行復(fù)合培養(yǎng)后，用掃描電鏡觀察成骨

6、細胞的細胞形態(tài)。向裝有材料樣品的容器中，加入含10％胎牛血清的H-DMEM細胞培養(yǎng)液，培養(yǎng)24h，制各浸提液。用浸提液培養(yǎng)成骨細胞，并通過倒置相差顯微鏡觀察、MTT檢測法、ALP活度檢測法、流式細胞儀細胞周期檢測法綜合分析成骨細胞與材料樣品的體外相容性。
　　 實驗結(jié)果：
　　 成骨細胞細胞形態(tài)呈梭形或多角形，接觸抑制現(xiàn)象不明顯，可多層生長，堿性磷酸酶染色和Ⅰ型膠原免疫熒光染色呈陽性，培養(yǎng)一段時間后，細胞間的礦化結(jié)節(jié)茜素

7、紅呈陽性，顯示出較強的成骨活性。對鎂合金進行表面處理后，經(jīng)過能譜分析，可以得出材料樣品的硅含量分別為0.1％～0.5％、1％～5％和8％～12％，分別設(shè)為低硅組、中硅組與高硅組。
　　 經(jīng)過復(fù)合培養(yǎng)后，在掃描電鏡下可見，樣品表面形態(tài)粗糙，有利于細胞黏附。在低硅組、中硅組與高硅組材料表面均有細胞附著，細胞已伸展成梭形或多角形，伸出偽足黏附于材料上。而單純鎂合金組未見細胞生長。
　　 在倒置相差顯微鏡下可見，低硅組、中硅組與

8、高硅組的細胞生長情況均良好，而單純鎂合金組的細胞生長緩慢且密度較稀疏，形態(tài)不規(guī)則。
　　 MTT檢測結(jié)果表明，中硅組的吸光度高于其他各組(p＜0.05)，單純鎂合金組的吸光度低于其他各組(p＜0.05)。
　　 ALP活度檢測結(jié)果表明，中硅組的ALP活度高于其他各組(p＜0.05)，48小時和72小時低硅組、高硅組和單純鎂合金組的ALP活度高于陰性對照組(p＜0.05)。
　　 細胞周期檢測結(jié)果表明，中硅組的細胞