【摘要】：鈦(Ti)以其優(yōu)良的生物相容性和機(jī)械性能在骨科和牙種植領(lǐng)域中得以廣泛應(yīng)用,但Ti植體相關(guān)感染仍然是最嚴(yán)重的術(shù)后并發(fā)癥之一。感染高發(fā)有兩個(gè)主要原因:一是由于Ti的生物惰性使得植體骨結(jié)合界面存在一層無血管的纖維層,導(dǎo)致免疫細(xì)胞或通過全身給藥的抗生素難以到達(dá)植體表面;二是細(xì)菌容易在Ti植體表面聚集然后形成多聚糖生物膜,能抵抗宿主防御機(jī)制和系統(tǒng)性抗生素的透過。因此在Ti植體表面制備兼具高生物活性和抗菌能力的雙功能涂層具有非常重要意義。二氧化鈦納米管(TNTs)由于同骨組織較為接近的彈性模量、較大的比表面積和規(guī)則的中空結(jié)構(gòu),因而具有良好的生物相容性同時(shí)也是天然的載藥系統(tǒng)。因此通過在TNTs負(fù)載抗菌藥物,有望同時(shí)獲得理想的生物活性和抗菌性能,為預(yù)防植體相關(guān)感染提供新的思路和選擇。目的:本課題通過控制電壓制備了三種不同管徑的TNTs,然后探討其對骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)成骨活性的影響和對金黃色葡萄球菌(S.aureus)的抗菌性能,從生物活性和抗菌性能共同出發(fā)篩選出最適管徑的TNTs。把抗菌藥物鹽酸奧替尼啶(OCT)和高聚物聚乳酸-羥基乙酸(PLGA)通過溶劑真空吸附法共涂層到TNTs內(nèi)壁,通過控制實(shí)驗(yàn)條件使得制備的載藥系統(tǒng)的管徑為上述篩選出的最適管徑,然后探討其對BMSCs成骨活性的影響和對S.aureus的抗菌性能,期望獲得具有高生物活性和長效抗菌能力的雙功能涂層。方法:第一部分1.以0.50wt%NH4F+10vol%H2O的甘油溶液為電解液,運(yùn)用電化學(xué)陽極氧化的方法,在10V、30V和60V電壓下制備了三種不同管徑的TNTs,分別為NT10、NT30和NT60。應(yīng)用場發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)觀察制備的TNTs的表面形貌,X射線衍射儀(XRD)觀察其晶體結(jié)構(gòu),接觸角測試儀測量其接觸角。2.將BMSCs接種到不同材料表面,通過FE-SEM觀察細(xì)胞形態(tài),通過DAPI染色檢測細(xì)胞的粘附能力,CCK-8檢測細(xì)胞增殖能力,試劑盒檢測細(xì)胞堿性磷酸酶(ALP)活性,天狼星紅染色法檢測細(xì)胞膠原分泌,茜素紅染色法檢測細(xì)胞外基質(zhì)礦化,實(shí)時(shí)定量聚合酶鏈反應(yīng)(q RT-PCR)檢測成骨相關(guān)基因的表達(dá)。3.將S.aureus接種到不同材料表面,通過活細(xì)菌平板計(jì)數(shù)評(píng)估材料的抗菌性能。第二部分1.電化學(xué)陽極氧化法制備了NT60,然后運(yùn)用溶劑真空吸附法把抗菌藥物OCT和高聚物PLGA共涂層到NT60制備了OCT/PLGA-NT60,應(yīng)用FE-SEM觀察樣本的表面形貌、側(cè)面管長和PLGA的滲透情況,接觸角測試儀測量其接觸角。2.將BMSCs接種到不同材料表面,用前面述及的方法檢測細(xì)胞形態(tài)、細(xì)胞粘附、細(xì)胞增殖、胞內(nèi)ALP活性、細(xì)胞膠原分泌、細(xì)胞外基質(zhì)礦化和成骨相關(guān)基因的表達(dá)情況。3.體外檢測OCT/PLGA-NT60的OCT釋放情況,真空負(fù)載法負(fù)載OCT作為對照組。將S.aureus接種到不同材料表面,通過SEM觀察菌落形態(tài)、瓊脂平板培養(yǎng)觀察抑菌圈和活細(xì)菌平板計(jì)數(shù)計(jì)算抗菌率。結(jié)果:第一部分1.運(yùn)用電化學(xué)陽極氧化的方法,在10V、30V和60V電壓下制備了NT10、NT30和NT60,其管徑分別是30nm、100nm和200nm。XRD結(jié)果顯示三種TNTs經(jīng)450℃退火處理后均出現(xiàn)了銳鈦礦的特征衍射峰。接觸角檢測結(jié)果顯示同Ti相比三種TNTs接觸角明顯變小,而且隨著管徑的增加越來越小。2.盡管NT10可以促進(jìn)BMSCs的早期粘附和增殖,但是隨著時(shí)間推移其細(xì)胞增殖同對照組相比沒有明顯的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異,而且NT10上BMSCs鋪長較少而蜷縮成圓形,其胞內(nèi)ALP活性、細(xì)胞膠原分泌、細(xì)胞外基質(zhì)礦化和成骨相關(guān)基因的表達(dá)等成骨分化的指標(biāo)同對照組相比也沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。盡管NT30上BMSCs的早期粘附和增殖受到了輕微的抑制,但是這種抑制既不嚴(yán)重也不持久,隨著時(shí)間的推移其細(xì)胞增殖迎頭趕上,而且NT30可以促進(jìn)BMSCs的細(xì)胞伸展,促進(jìn)胞內(nèi)ALP活性、細(xì)胞膠原分泌、細(xì)胞外基質(zhì)礦化和成骨相關(guān)基因表達(dá)等成骨分化的相關(guān)指標(biāo)。盡管NT60最大程度地促進(jìn)了BMSCs的細(xì)胞伸展和成骨分化,但是其細(xì)胞粘附和增殖明顯受到了抑制,而且隨著時(shí)間的推移,這種抑制作用愈發(fā)明顯。3.三種不同管徑TNTs的表面活細(xì)菌數(shù)均小于對照組Ti,而且隨著管徑的增大,材料表面的活菌數(shù)也隨之減少。第二部分1.運(yùn)用溶劑真空吸附法,成功把OCT/PLGA共涂層到NT60的內(nèi)壁,制備完畢的OCT/PLGA-NT60管徑為第一部分實(shí)驗(yàn)篩選出的最適管徑100nm。接觸角檢測結(jié)果顯示OCT/PLGA-NT6A的接觸角大于NT60,但仍然小于對照組Ti。2.OCT/PLGA-NT60可以促進(jìn)BMSCs的早期粘附,盡管初期的細(xì)胞增殖受到了輕微的抑制,但是隨著時(shí)間的推移,細(xì)胞增殖迎頭趕上,而且其可以促進(jìn)BMSCs的細(xì)胞伸展,成骨分化能力顯著大于對照組。3.OCT/PLGA-NT60可以有效減少前期的藥物突釋和延長藥物釋放時(shí)間而呈現(xiàn)出良好的長效抗菌性能。結(jié)論:在第三代弱酸的含氟甘油體系下,運(yùn)用電化學(xué)陽極氧化處理方法,制備了30nm、100nm和200nm的三種不同管徑的TNTs。其中100nm的NT30在能夠支持BMSCs的增殖的情況下最大程度地促進(jìn)了BMSCs的成骨分化,而且其能夠降低材料表面S.aureus的粘附,建議為應(yīng)用在Ti植體骨結(jié)合部位的最適管徑的TNTs。運(yùn)用溶劑真空吸附法,成功把OCT/PLGA共涂層到NT60的內(nèi)壁,制備完畢的OCT/PLGA-NT60的管徑為篩選出的最適管徑100nm。OCT/PLGA-NT60可以支持BMSCs的增殖和促進(jìn)了BMSCs的成骨分化,而且可以緩釋OCT而呈現(xiàn)出良好的長效抗菌性能,有望成為一種能夠應(yīng)用于植體骨結(jié)合部位的兼具高生物活性和抗菌能力的雙功能涂層。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：福建醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R783.1

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本文編號(hào)：2388715