硅酸二钙人工关节假体涂层材料促成骨能力的机理研究

人工关节假体-骨界面的骨性固定对于关节置换手术的成功极为重要。研究表明一些生物材料和表面涂层处理方法能显著促进假体表面的骨形成，加速骨性愈合。目前常用的羟基磷灰石（HA）涂层虽然表现出了较好的骨形成能力，但越来越多的研究表明其固有缺陷也会带来一系列的不良反应，严重影响着临床疗效。因此，找到更为理想的涂层材料具有重要意义。硅酸二钙是一种新型的生物活性材料，研究表明其具有较HA更佳的生物活性、生物相容性，和生物力学特性，有望成为未来替代HA的新型人工假体涂层材料。以往的研究曾推测该材料在促进成骨细胞活性过程中可能伴随着NO、BMP2、PGE2、TGFβ1等细胞因子/生长因子的明显变化，由此进一步推测这些变化在骨组织细胞代谢过程中可能具有重要作用。本课题通过研究硅酸二钙促成骨活性过程中这些因子的具体作用及其相互间的关系，试图阐明硅酸二钙的作用机理，为未来替代HA涂层材料用于临床提供依据。

人工关节假体—骨界面的骨性固定对于关节置换手术的成功极为重要。研究表明一些生物活性材料及其涂层技术能显著促进假体表面的骨形成，加速骨性愈合。目前采用等离子技术喷涂的羟基磷灰石虽具有较好的骨形成能力，但其易降解、剥脱的特性常会带来一些不良结果，造成人工关节假体松动。因此，寻求更为理想的涂层技术和材料具有重要意义。硅酸二钙是一种新型的生物活性材料，既往研究表明其具有良好的生物活性，而且具有比羟基磷灰石更优良的生物力学特性，有望成为新型的更好的人工关节假体涂层材料。本项研究探讨了硅酸二钙涂层离子液对人骨髓间充质干细胞成骨分化及其信号传导通路的影响，测定了成骨细胞分化及成骨细胞分化特异性基因的表达，并对人骨髓间充质干细胞分化及细胞外信号调节蛋白激酶的影响及其机制进行研究。结果表明硅酸二钙涂层离子液能够在早期上调成骨细胞特异性基因的表达，进而促进成骨细胞的分化，加速骨的形成，硅酸二钙涂层离子液通过影响细胞外信号调节蛋白激酶通路促进了成骨细胞分化。鉴于硅元素已被证实为一种促成骨细胞增殖的新型生物活性材料，本项研究采用阴极弧沉积将硅掺入二氧化钛微孔涂层中，获得的关节假体二氧化钛掺硅微孔涂层，既可避免涂层界面易剥脱的风险，还可将某些促成骨细胞增殖的生物活性因子直接引入假体的微孔涂层中，并就所获得的含硅微孔涂层对成骨细胞粘附、增殖、分化的影响，以及发挥生物学效应的信号通路等机制进行系列研究。结果表明含硅微孔涂层通过上调成骨细胞整合素β1、粘着斑激酶基因表达，增强粘着斑激酶蛋白和粘着斑激酶磷酸化水平，经整合素β1-粘着斑激酶信号传导通路促进了成骨细胞的粘附。并通过促进成骨细胞碱性磷酸酶活性，上调骨钙素和胶原纤维I基因表达，增强胶原纤维I蛋白的表达促进了成骨细胞的增殖和分化。我们的研究表明硅酸二钙涂层及含硅涂层具有优良的细胞相容性，为未来改良人工关节假体涂层提供了新的选择。