纳米结构调控金属钛表面干细胞命运:促进种植体-骨组织融合

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钛金属及其合金由于其优良的特性,例如耐腐蚀性,高的断裂韧性和良好的生物相容性被广泛应用在种植牙和骨科中。然而,当钛植入到活体中后,由于缺乏生物活性经常在骨-植入体界面上出现纤维包裹现象,导致骨与界面的相对运动和过早的松动。因此,通过表面改性来获得良好的骨性结合是非常关键的。当前的主要解决途径是在表面经自组装过程沉积一层与骨的矿化成分相类似的磷酸钙(CaP)组分,尽管涂层稳定性好,但与基体的结合力比较弱,不能长期负载,否则容易造成脱落。山东大学晶体材料研究所刘宏教授课题组针对这一问题,进行了深入的探索,并取得了重要进展,相关结果发表在small上。

他们提出利用水热法在金属钛表面得到的一层又层状钛酸钠组成的三维纳米结构,通过简单的离子交换,可以实现在金属钛表面可控构建具有不同Ca2+或Mg2+含量的离子填充的钛酸盐三维层状纳米结构,利用促Ca2+或Mg2+离子的成骨促进作用,实现骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化。这种纳米结构的特点是:(1)在金属钛表面原位合成的钛酸钠三维纳米纳米结构,其基体的结合力强,并且可以促进细胞的贴壁和铺展,利于植入体和周围骨组织的连接;(2)简单的离子交换方法引入在骨组织形成过程中发挥重要作用的Mg2+离子和 Ca2+离子,构建的Mg2+-钛酸盐和Ca2+-钛酸盐纳米结构经细胞化实验证实具有促进骨髓间充值干细胞的贴壁、增殖和分化,为制备具有高的骨传导性,骨诱导性和骨连接性的生物活性材料提供了新的策略。

该工作利用简便可行,成本低廉的方法实现了细胞生长化学微环境(阳离子种类和含量)的构建,以及对干细胞命运的调控,促进钛植入体周围骨组织再生,在钛种植体的设计和构建方面必然具有广阔的应用前景。