不同管径Ti-TiO2纳米管对成纤维细胞和成骨细胞生物学行为的影响

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钛表面经阳极氧化形成的TiO2纳米管阵列可很好的模拟体内细胞生长的纳米尺寸环境，并具有加载药物及生物因子等潜能，前期大量体内外研究均表明TiO2纳米管可促进种植体骨整合。牙科种植体具有一个特殊的穿龈结构，周围有两种截然不同的组织类型—骨组织和牙龈软组织；目前关于纳米管形貌对种植体软组织结合影响的研究尚少。近年来的研究表明纳米尺寸对细胞有显著的影响，而同一尺寸纳米形貌对不同组织类型细胞的影响也不尽相同。那么种植体周围两种主要组织类型细胞——成纤维细胞和成骨细胞各自最适的TiO2纳米管管径是多少、二者是否一致以及该纳米管形貌对细胞产生影响的可能机制是怎样的，这些都不得而知。本研究采用阳极氧化的方法对机械抛光后的纯钛进行阳极氧化表面处理，获得不同管径的TiO2纳米管，并观察不同管径TiO2纳米管对成纤维细胞和成骨细胞生物学行为的影响,为牙科种植体不同部位筛选合适的纳米管样结构提供理论依据。
　　本研究采用稳压直流电源在1V、5V、10V和20V四个电压下分别对抛光纯钛表面进行阳极氧化处理，采用场发射扫描电镜（FE-SEM）观察试样表面形貌、接触角测量系统测量表面接触角并计算表面能、荧光计数法检测试样表面成纤维细胞和成骨细胞黏附、扫描电镜观察试样表面细胞的伸展形态、噻唑盐(MTT)方法检测试样表面成纤维细胞和成骨细胞增殖、天狼星红染色检测试样表面成纤维细胞胶原分泌功能、商业试剂盒检测试样表面成骨细胞碱性磷酸酶(ALP)活性。结果如下：
　　1.抛光纯钛经阳极氧化后，1V电压下试样表面形成孔径约15nm的网状结构；5、10和20V电压下表面形成管壁清晰的纳米管结构，管径依次为约30、50和100nm。
　　2.通过观测三种不同液体在各组试样表面的接触角发现，各纳米管表面液体接触角均低于抛光表面，而表面能无明显变化。
　　3.细胞培养实验发现各纳米管表面成纤维细胞的细胞早期黏附数及细胞增殖均明显低于抛光表面(p<0.05)，其中5V电压下形成的30nm管径的纳米管表面成纤维细胞黏附数及增殖均显著低于其余纳米管表面(p<0.05)。
　　4.试样表面成纤维细胞黏附1h时，细胞呈圆球形突起，伸展不完全，各组试样表面细胞形态无明显差异；2h时，抛光纯钛表面细胞呈典型的梭型伸展；1V纳米管表面细胞伸展良好，板状伪足明显；5V纳米管表面细胞呈圆球型突起，板状伪足短小且其末端有大量丝状伪足；20V纳米管表面，细胞呈两端较尖的梭形，胞体伸出大量长短不等的细丝状伪足，但与抛光钛表面相比，细胞伸展相对较差。
　　5.纳米管形貌可不同程度的促进试样表面成纤维细胞的胶原分泌，且随着纳米管管径的增大，这种促进作用越明显。
　　6.各纳米管表面成骨细胞的早期黏附数和细胞增殖均不同程度的高于抛光钛表面(p<0.05)，其中5V电压下阳极氧化形成的30nm管径纳米管表面成骨细胞的黏附和增殖显著高于其余纳米管表面(p<0.05)。
　　7.试样表面成骨细胞黏附1h时，抛光纯钛以及1V和5V纳米管表面成骨细胞已形成明显的板状伪足，而10V和20V阳极氧化纳米管表面成骨细胞周围仅有少量丝状伪足；2h时，各组试样表面细胞进一步伸展，形态呈现明显差异；对照组及1V和5V阳极氧化纳米管表面细胞向四周伸展，板状伪足宽大而明显；而10V和20V阳极氧化纳米管表面细胞极化，长轴两端出现大量细小的丝状伪足。
　　8.纳米管形貌可不同程度的促进试样表面成骨细胞的ALP活性，且随着纳米管管径的增大，这种促进作用越明显。
　　结论：阳极氧化处理可在纯钛表面形成均匀一致的TiO2纳米管形貌，且纳米管管径随着阳极氧化电压的增大而增大；与抛光纯钛相比，纳米管形貌可抑制其表面成纤维细胞的黏附、伸展和增殖，其中5V电压下形成的30nm管径的纳米管的抑制作用最明显；纳米管形貌不同程度的促进成骨细胞的黏附和增殖，其中5V电压下形成的30nm管径的纳米管的这种促进作用最明显；小管径纳米管（15和30nm）促进成骨细胞的伸展，而较大管径（70和100nm）则抑制其伸展；纳米管形貌可促进成纤维细胞和成骨细胞各自的功能分化，且100nm管径纳米管的这种促分化作用均最大。因此，不同管径纳米管对成纤维细胞和成骨细胞生物学行为的影响不同，提示牙科种植体不同结构应筛选不同管径的纳米管表面。

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作者
李红彩;
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作者单位

第四军医大学;

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授予单位第四军医大学;
学科口腔临床医学(口腔修复学)
授予学位硕士
导师姓名张玉梅;
年度 2012
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类氧化法;牙科材料学;
关键词
管径Ti-TiO2纳米管; 成纤维细胞; 成骨细胞; 生物学行为;

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