钛表面不同管径TiO2纳米管涂层与软组织结合的体内研究

摘要

理想的种植体-软组织界面可以成为阻挡细菌及其它致炎因子侵入的首要屏障,对维持种植体的长期稳定起着重要作用。以往研究发现,纯钛种植体表面的TiO2纳米管状形貌可以促进人牙成纤维细胞的黏附和增殖等[1][2]。但是不同管径的纳米管形貌对成纤维细胞的影响却不相同[3]。本课题组前期体外实验的结果显示,小管径的纳米形貌甚至对成纤维细胞的功能有抑制作用。另外,不同组织来源的细胞在钛纳米管表面的生物学行为也不相同。牙科种植体周围的软组织包括上皮组织和结缔组织两层,各层中又包括多种细胞类型。同时由于体内外细胞生存环境的不同,因此有必要对种植体表面纳米形貌与穿龈部位的软组织的相互作用进行全面研究。本研究通过建立犬的软组织模型,探讨不同管径TiO2纳米管形貌对钛种植体周围软组织愈合的影响,以期为牙科种植体的表面设计提供进一步的理论依据。
　　本研究采用直流稳压电源,通过控制电压的大小(5V、20V、25V),对机械抛光的纯钛种植体表面进行阳极氧化处理,得到不同管径的纳米管结构,根据电压的不同分为NT-5组、NT-20组和NT-25组,以抛光纯钛种植体(PT)为对照组;使用场发射扫描电镜(FE-SEM)观察试样表面形貌;三维形貌测量仪测量试样表面粗糙度;表面张力仪测量试样表面去离子水、二碘甲烷和乙二醇的表面接触角并计算表面自由能。将种植体植入杂种犬口内双侧下颌,于1天、7天、14天及28天时分别处死动物;通过FE-SEM观察试样表面组织粘附;超硬组织切片测量种植体软组织间隙;HE染色观察种植体周围软组织愈合情况;实时定量PCR的方法检测组织中成纤维细胞生长因子(FGF-2)、I型胶原(COL-1)、表皮细胞生长因子(EGF)mRNA的表达量;免疫荧光染色对比种植体周围软组织中纤维粘连蛋白(FN)的分泌等来共同评价种植体周围软组织的愈合程度。
　　结果如下:
　　1.5V、20V和25V电压下阳极氧化所形成的纳米管管径依次为约30nm、100nm和130nm。随着电压增大,纳米管管径也增大,管壁增厚,管壁与管壁之间的距离变明显。
　　2.三维形貌测量仪测得各组粗糙度,抛光组最为粗糙,纳米管组随管径的增大,粗糙度依次增加。
　　3.与抛光组相比,纳米管组试样表面接触角变小,且随管径增大,试样表面的接触角逐渐变小,各涂层组总表面能则随接触角的减小而增大,润湿性提高。
　　4.用FE-SEM观察种植体表面的组织粘附,发现PT组的细胞形态最好,NT-5组组织粘附最少,NT-20组单个细胞粘附最多,NT-25组基质分泌最多。随着时间推移,细胞粘附少见,组织附着逐渐增多。
　　5.体式显微镜观察种植体软组织的超硬组织切片,发现大管径NT-25组的种植体软组织间隙最早消失,其后是NT-20组,PT组的间隙比小管径的NT-5组消失的快。
　　6.HE染色结果显示,大管径的NT-20组和NT-25组相对于PT对照组软组织愈合改建较快较好,且NT-25组的促进作用更为明显。但是小管径的NT-5组相对于PT对照组则未见明显差异。
　　7.实时定量PCR检测种植体周围软组织内FGF-2、COL-1和EGF的mRNA表达量发现:对于FGF-2mRNA的表达,大管径的NT-20组和NT-25组在创伤修复早期表达较为活跃,且NT-25组优于NT-20组,而小管径的NT-5组相较于PT对照组在早期则有抑制表达的作用;对于COL-1 mRNA的表达,在种植体周围软组织中的表达随纳米管管径的增大而增加,大管径的NT-25组和NT-20组均优于PT组,但是小管径的NT-5组则不如PT组表达的多;对于EGF mRNA的表达,早期,种植体周围软组织中的表达随纳米管管径的增大而增加,各纳米管组均优于PT组,从14天开始,小管径的NT-5组的表达明显较其他组多,而大管径的NT-20和NT-25组的表达则相对减少。
　　8.免疫荧光染色显示,各组种植体周围软组织中FN的分布主要位于种植体-软组织界面,由软组织边缘向内递减,各纳米管组种植体周围软组织中纤维粘连蛋白的含量随纳米管管径的增大而增多,随时间的推移而逐渐增多。大管径的NT-25组在早期分泌较活跃,含量最高,NT-20组与PT组相比无明显优势,而小管径的NT-5组相较于PT组则有轻度抑制作用。
　　结论:阳极氧化可以使纯钛种植体表面形成一层均匀一致的TiO2纳米管状结构且管径大小可以通过电压控制;纳米化的种植体表面其理化性质也发生了改变,表面润湿性增加而粗糙度减小。体内结果证实钛种植体表面大管径的纳米管状形貌可以促进种植体周围软组织的早期修复和改建。

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文献回顾

正文

实验一 钛种植体表面不同管径TiO2纳米管涂层的制备及其表面性状的分析

1 材料

2 方法

3 结果

4 讨论

5 小结

实验二 不同管径TiO2纳米管涂层的种植体-软组织界面形成的形态学观察

1 材料

2 方法

3 结果

4 讨论

5 小结

实验三 不同管径TiO2纳米管涂层种植体-软组织界面形成的相关基因及蛋白检测

1 材料

2 方法

3结果

4 讨论

5 小结

全文总结

参考文献

个人简历和研究成果

致谢