新型钛表面微纳米共存梯度仿生结构对骨髓间充质细胞黏附、增殖及成骨分化的影响

摘要

目的制备一种新型微纳米共存梯度仿生表面结构,并探究其对骨髓间充质细胞生物学活性的影响。方法通过放电等离子烧结法和阳极氧化处理分别在纯钛表面(纯钛组)制备微米骨小梁样结构(微米骨小梁组)和TiO2纳米管形貌(TiO2纳米管组);再通过阳极氧化法在微米骨小梁样结构上制备TiO2纳米管结构,形成新型微纳米共存梯度仿生表面结构,命名为微纳米复合钛组。应用扫描电子显微镜(scanning elec⁃tronmicroscopy,SEM)和原子力显微镜(atomic force microscopy,AFM)、接触角(contact angle,CA)测量对纯钛组、微米骨小梁组、TiO2纳米管组和微纳米复合钛组进行表征观察。将大鼠骨髓间充质细胞(bone marrow mesenchymal cells,BMMCs)接种于4组材料上,SEM观察细胞黏附情况;MTT法检测细胞在材料表面增殖能力;碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)活性检测细胞在材料表面分化能力;共聚焦显微镜(confocal laser scanning microscope,CLSM)下观察细胞黏附、免疫荧光检测相关蛋白肌动蛋白(F⁃actin)、黏着斑蛋白(vincu⁃lin)、骨钙素(osteocalcin,OCN)、骨桥蛋白(osteopontin,OPN)表达;qRT⁃PCR观察细胞成骨转录因子RUNX2、OCN、OPN、I型胶原(collagen I,COLI)表达情况。结果微纳米复合钛组表面亲水性最好(CA为9°±2.1°);MTT结果示5~9 d,微纳米复合钛组和TiO2纳米管组的细胞增殖活性显著高于纯钛组和微米骨小梁组(P<0.001);ALP结果示14 d时,微纳米复合钛组表面ALP活性最高;CLSM结果示培养24 h后,微纳米复合钛组肌动蛋白(F⁃actin)染色最深;培养72 h后,微纳米复合钛组OCN、OPN表达强于微米骨小梁组和TiO2纳米管组。qRT⁃PCR结果示TiO2纳米管组和微纳米复合钛组表面细胞所有成骨转录因子RUNX2、OCN、OPN、COLI的基因表达水平强于纯钛组和微米骨小梁组,其中I型胶原COLI基因表达水平差异有统计学意义(P<0.001)。结论微纳米复合钛这种新型微纳米共存梯度仿生表面结构能有效促进骨髓间充质细胞黏附、增殖及成骨向分化。