钛表面不同改性处理后修饰胶原对体外成骨性能影响的比较研究

摘要

目的 对纯钛表面分别进行碱蚀、碱蚀后硅烷化、碱蚀后多巴胺修饰等不同方式改性后在其表面制备生物胶原蛋白涂层，评价钛表面不同改性处理后胶原修饰的方案对细胞增殖黏附与成骨分化能力的影响。方法胶原蛋白通过交联剂作用附着于纯钛（Ti-C）、碱蚀钛片（Ti-Na-C）、碱蚀后硅烷化修饰钛片（Ti-A-C）及碱蚀后多巴胺修饰钛片表面（Ti-D-C），以纯钛为对照组。采用扫描电子显微镜（SEM）观察材料表面微形貌，X射线光电子能谱仪（XPS）分析材料表面元素组成，表面接触角测量仪评估材料表面亲水性。体外培养MC3T3-E1细胞，通过CCK-8、激光共聚焦显微镜、碱性磷酸酶（ALP）活性检测、茜素红染色及定量检测评价材料表面成骨细胞的增殖黏附与成骨分化能力，实时定量聚合酶链反应（RT-qPCR）检测成骨相关基因ALP、Ⅰ型胶原蛋白（COL-1）、骨钙素（OCN）、骨桥蛋白（OPN）的mRNA表达水平。结果 SEM与XPS结果表明胶原已成功修饰于钛片表面，Ti-Na-C组有较厚的胶原纤维层覆盖。表面接触角测量结果显示，除了Ti-Na-C组与Ti-Na组的接触角差异无统计学意义，其余胶原修饰后的材料表面具有更好的亲水性。CCK-8结果显示各组材料均无明显细胞毒性，胶原修饰后的材料表面成骨细胞增殖高于相应的未经胶原修饰材料；共聚焦显微镜检测结果可见，胶原修饰后材料表面细胞铺展面积更大；ALP染色与茜素红染色结果均提示，Ti-Na-C组体外成骨效果最佳，茜素红定量结果显示Ti-Na-C组吸光度值最高；RT-qPCR检测结果显示Ti-Na-C组的OPN基因表达量最高。结论在碱蚀、碱蚀后硅烷化、碱蚀后多巴胺修饰等对钛表面进行不同改性处理后修饰胶原的方案中，钛表面经过碱蚀处理后直接修饰胶原的方法最有利于MC3T3-E1黏附铺展、增殖与成骨分化，可作为胶原修饰的方案。

关键词

钛 / 胶原 / 成骨细胞 / 成骨

基金资助

福建省自然科学基金面上项目（2022J011408）; 大学生创新创业训练计划（202312631025）; 厦门医学院校级科研项目（K2023-01）