多孔HA/BaTiO3复合材料对成骨细胞功能影响的体外研究

摘要

目的:研究HA/BaTiO3（羟基磷灰石/钛酸钡）复合生物压电陶瓷材料的结构因素和极化处理对MG63细胞黏附、增殖和分化等功能的影响，为新型生物压电植入材料的研发奠定理论基础。
　　材料和方法:采用冰模板法(ice-templating method)技术制备致密的和孔隙度分别为40％、50％、60％的多孔HA/BaTiO3复合压电陶瓷材料，用MTT法行细胞毒性实验，实验细胞为小鼠成纤维细胞L929;采用体外细胞实验将不同孔隙度多孔HA/BaTiO3复合压电陶瓷材料与成骨细胞共培养，设致密压电陶瓷组（A组）为对照组、设40％孔隙度组（B组）、50％孔隙度组（C组）、60％孔隙度组（D组）为实验组，比较各组材料对成骨细胞黏附、增殖和分化功能的影响;取50％孔隙度组HA/BaTiO3复合材料，置于硅油中，110℃下在2.5 kV/mm直流高压电场中极化20 min，采用体外细胞实验极化后将复合材料与成骨细胞共培养，设非极化材料组为对照组，极化材料组为实验组，比较两组材料对成骨细胞黏附、增殖和分化功能的影响，实验细胞为人成骨肉瘤细胞MG63。
　　结果:
　　1) MTT检测结果显示:90％BaTiO3组，70％BaTiO3组与50％BaTiO3组HA/BaTiO3复合压电陶瓷材料的浸提液对L929均无细胞毒性;
　　2)不同孔隙度多孔HA/BaTiO3复合压电陶瓷材料MG63复合共培养培养3、7、14d后，体外细胞实验检测MG63增殖，结果显示:C组＞B组＞D组＞A组，其中B组与D组间细胞数量差异无显著性(P＞0.05)，其余各组组间比较差异显著(P＜0.05);扫描电镜显示:复合多孔压电陶瓷材料与MG63复合培养14d后，A组细胞形态不规则，平铺于材料表面，复层生长，几乎看不到压电陶瓷材料表面结构，细胞多呈长梭形，伪足较多;B组细胞多呈不规则多边形，伸展良好，多个细胞突起牢固附着在材料表面的颗粒间，少量细胞进入孔隙内，形成向内生长的趋势;C组及D组MG63细胞开始向孔内生长，细胞伪足以吊桥状附着于孔壁表面双侧颗粒之上，形成细胞桥，部分细胞呈垂直向生长，较多的细胞已长入材料孔隙内，多个细胞突起牢固附着在材料孔壁的颗粒之上且在孔隙内相互连结形成网状结构;体外实验3d时检测MG63分化，B组C组D组试样碱性磷酸酶(alkaline phosphatase ALP)、骨钙素(boney-carboxyglutamic acidBGP)含量均高于A组，差异显著(P＜0.05)，B组C组D组之间含量差异无显著性(P＞0.05);培养7d、14d ALP、BGP含量C组＞D组＞B组＞A组，其中，ALP含量C组、D组间差异无显著性(P＞0.05)，BGP含量B组、D组间差异无显著性(P＞0.05)，其余各组两两间差异显著(P＜0.05)。
　　3)极化处理的多孔HA/BaTiO3试样与MG63复合共培养培养3、7、14d后，体外细胞实验结果显示极化组与非极化组材料间细胞数量、碱性磷酸酶、骨钙素含量差异无显著性(P＞0.05)。SEM检查发现:7d时成骨细胞细胞形态不规则，主要平铺于材料表面，贴壁生长，细胞多呈长梭形，伪足较多，较多的细胞突起附着在材料表面的颗粒间，极化组进入多孔结构的成骨细胞数量多于对照组，对照组与极化组细胞黏附形貌没有明显区别;14d时细胞形态同7d时，贴壁生长细胞数量明显增多，并呈复层生长，形成叠瓦状或者网状结构。
　　结论:
　　1)不同BaTiO3含量的多孔HA/BaTiO3压电陶瓷材料无细胞毒性;
　　2) HA/BaTiO3的结构因素影响MG63细胞功能，不同孔隙度的多孔型HA/BaTiO3压电陶瓷对MG63细胞增殖、黏附和分化的作用优于致密型，且50％孔隙度组促MG63增殖分化作用优于40％、60％孔隙度组;
　　3)体外细胞培养发现，极化处理后的多孔HA/BaTiO3压电陶瓷与未极化处理试样对MG63细胞增殖、黏附和分化等功能影响，两者差异不明显。