生物材料表面特性是影響與細胞相互作用的關鍵。由于氧化物的氧原子始終處在最外層,氧化物材料表面特性本質(zhì)上是由其表面氧原子狀態(tài)所決定的。本研究通過TiO₂微納米結構來構建不同氧原子排列表面,借玻璃態(tài)和單晶SiO₂產(chǎn)生不同氧原子排列的宏觀表面,以氧化物表面氧原子狀態(tài)為材料學的主要考量,從表面磷酸鈣（CaP）礦化、蛋白質(zhì)吸附狀態(tài)、與細胞[間充質(zhì)干細胞（MSCs）和巨噬細胞（RAW 264.7）]相互作用等方面,系統(tǒng)地開展了表面不同氧原子狀態(tài)對成骨性能及免疫響應的作用規(guī)律和機制的研究。主要取得以下方面的研究成果:1.微納米結構TiO₂表面對成骨性能的影響采用水熱法制備表面暴露{001}和{101}晶面的銳鈦礦相TiO₂微米多面體。當模擬環(huán)境中不含胎牛血清（FBS）時,CaP沉積物在多面體的各個表面均勻覆蓋,表面礦化行為無差異性出現(xiàn)。加入FBS后多面體表面出現(xiàn)差異性礦化行為,CaP均勻覆蓋{101}晶面,而{001}晶面上僅有少量出現(xiàn)。這主要是不同晶面上FBS吸附行為不同,導致了后續(xù)礦化差異性的出現(xiàn)。MSCs培... 

【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

目前醫(yī)用骨植入物的應用概述[4]

第一章緒論3圖1.2基于骨組織的微觀結構和微觀組成[8]Fig.1.2Microstructureandmicrocompositionbasedbonetissue.[8]機體免疫系統(tǒng)、骨組織和植入材料三者之間的相互作用，是骨生物材料在骨整合進程中涉及到的主要內(nèi)容。當生物材料植入后，體內(nèi)細胞與材料之間的相互作用以及細胞良好的響應性，是植入成功的關鍵。體內(nèi)細胞和組織的生物功能除了會受到各類生化因子（生長因子等）的調(diào)控外[9,10]，生物材料的理化特性也會從不同層面影響細胞和組織的生理功能[11]。研究人員進而提出“材料生物學”的概念，用以強調(diào)生物材料特性對組織微環(huán)境的調(diào)控，提升植入體與組織間的響應效果[12]。這類研究注重材料化學物理特性對不同層面生物學功能的影響規(guī)律和相關作用機制，提升對細胞的募集和分化，構建起有利于組織修復的微環(huán)境，從而加速細胞的增殖和分化，促進組織修復和整合。綜上所述，深入了解骨組織結構和骨組織生成進程，對于指導骨植入材料的設計和提高植入體表面的骨整合能力，具有較為重要的意義。1.2.1骨整合進程骨組織的愈合與其他組織不同，其過程是通過新骨的生成來實現(xiàn)的。骨植入體的移植和愈合，被定義為其與受體組織之間形成的新骨的包絡和交錯結合過程[13]。這個過程是由多個步驟依次串聯(lián)組成：最初階段，骨植入體會引起機體免疫反應而導致炎癥細胞的積累。然后，宿主體內(nèi)的間充質(zhì)干細胞(mesenchymalstemcells,MSCs)會向植入部位轉(zhuǎn)移，并隨后發(fā)生一系列分化行為，在新骨形成的過程中起到重要的作用[14,15]。

浙江大學博士學位論文4圖1.3生物材料植入機體后引起的免疫反應[16]Fig.1.3Immuneresponsefollowingbiologicallyinertbiomaterialimplantation.[16]當骨植入體進入機體后，宿主的免疫反應總是優(yōu)先發(fā)生的，如圖1.3所示，是決定植入體長期發(fā)揮作用的重要因素，關系到應用效果的好壞。免疫反應的發(fā)生主要由于生物材料植入時的創(chuàng)傷，以及機體對外來物的排斥作用。材料植入機體后，數(shù)秒內(nèi)血液和組織液中的蛋白就會吸附在其表面，這促使免疫相關細胞（單核細胞和巨噬細胞）在表面的浸潤和粘附。這些細胞活化并釋放能夠?qū)⒔M織修復細胞（如成纖維細胞，間充質(zhì)干細胞等）募集到炎癥部位的細胞因子和趨化因子，進而促成免疫反應的發(fā)生[17,18]。隨著對骨整合研究的逐漸深入，科學家們意識到巨噬細胞在宿主對植入體響應中發(fā)揮著關鍵的作用。在植入體周圍，成纖維細胞、干細胞等受到在材料表面黏附的巨噬細胞分泌細胞因子的募集作用，其增殖、遷移和分化等細胞行為受到細胞因子的調(diào)控，是骨再生的最初步驟[19,20]。其中，MSCs在植入體的骨整合進程中起到關鍵的作用，其轉(zhuǎn)移并黏附在植入體表面，受到多種多樣的骨誘導因素調(diào)控而逐步發(fā)生分化行為，產(chǎn)生軟骨細胞和成骨細胞，促進骨組織的再生。骨移植體與骨組織間出現(xiàn)血管和組織再生，成骨細胞開始在植入體表面分泌新的細胞外基質(zhì)，逐漸礦化形成新骨，完成與植入體表面的骨整合過程[21,22]，如圖1.4所示。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]兩種晶型二氧化鈦對神經(jīng)細胞生長的影響[J]. 詹敏晶,李剛,魏強,崔華雷,林凌.  膜科學與技術. 2009(06)
[2]不同晶型氧化鋁對肺巨噬細胞表面形態(tài)的影響[J]. 陳莉,富博,趙秀清,章吉芳,楊美玉.  中華勞動衛(wèi)生職業(yè)病雜志. 1991(02)



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