钛表面微纳层级结构促MC3T3-E1细胞黏附增殖及载药潜力评价

摘要

目的 探讨钛表面微纳层级结构对MC3T3-E1细胞黏附增殖的影响和载药潜力的评价，为钛表面选区改性并载药缓释提供参考。方法 根据钛表面处理方式将纯钛样本（直径10 mm，厚2.5 mm）随机分为：抛光组（T）、阳极氧化组（TO）和微纳层级结构组（FTO）。T组仅做抛光处理；TO组采用阳极氧化技术处理；FTO组采用飞秒激光蚀刻联合阳极氧化技术处理。用扫描电镜（scanning electron microscopy,SEM）观察3种表面形貌，接触角测量其表面的润湿性，X射线能谱仪（energy dispersive spectroscopy,EDS）分析表面化学成分；激光共聚焦显微镜（confocal laser scanning microscope,CLSM）测量FTO结构深度和表面粗糙度；免疫荧光染色、CCK-8和茜苏红染色半定量分析评估MC3T3-E1细胞在各组样本表面的黏附增殖分化；应用冷冻干燥法加载重组人源骨形成蛋白-2（recombinant human bone morphogenetic proteins-2,rhBMP-2），酶联免疫吸附反应（enzyme-linked immunosorbent assey,ELISA）评估不同表面结构的载药潜力。结果 SEM观察到T组钛板表面可见方向一致且均匀的抛光痕迹；TO组表面为纳米级蜂窝状的二氧化钛（titanium dioxide,TiO₂）纳米管结构；FTO组形成直径约为100 nm的规则有序的微纳层级结构。FTO组的接触角最小，为32°±1.7°，润湿性最好；一级结构圆孔平均深度为93.6μm，粗糙度1.5～2μm。TO组和FTO组含氧量占比多，提示TiO₂形成。FTO组表面细胞增殖最显著（P<0.001），细胞黏附表面积最大（P<0.05）。FTO组加载rhBMP-2后缓慢释放14 d，且能促进细胞外基质矿化（P<0.001）。结论 钛表面微制备的纳米层级结构有促进MC3T3-E1细胞黏附增殖和成骨分化的作用，有载药潜力，是钛表面处理的新方式。

关键词

钛 / 激光 / 表面处理 / 阳极氧化 / 微纳层级结构 / 细胞黏附 / 细胞增殖 / 细胞分化 / 骨形成蛋白-2 / 药物载体 / 药物释放

基金资助

国家自然科学基金面上项目（62175229）