抗活性氧自由基的载白藜芦醇TiO2纳米管促进骨修复研究

Bone implants are widely used in clinic for bone fracture to accelerate osteointegrtion. But, the implanted materials cause the release of reactive oxygen species (ROS), which induces inflammation and inactivation of cell function. It is considered as an effective way to solve the problem by modifying the surface with nanostructures and bioactive molecules. In this project, we will design and fabricate titania nanotube arrays on titanium implants by electrochemical method, and then load resveratrol on the nanotubes for controlled releasing. The biological effects of the implants, including antioxidant ability, anti-inflammation, and modulating bone mesenchymal stem cell differentiation, will be evaluated in vitro. Based on the above, the mechanism of ROS mediated NF-κB signaling pathway in the bone repair process will be studied. This project will build a basement for the clinic application of new bone implants, especially for aging patients.

骨植入材料能加速骨折愈合，在临床中被广泛应用。但是，如何改进植入材料，限制植入材料导致的活性氧自由基释放增多，减轻局部无菌炎症，提高植入材料的组织相容性以及骨细胞再生能力，是函待解决的主要问题。对植入材料进行表面纳米化修饰和活性药物负载，被认为是解决上述问题的有效方法。本项目拟对医用钛植入材料进行表面改性，采用电化学方法制备TiO2纳米管阵列，负载具有强力抗活性氧自由基功能的白藜芦醇；调控纳米结构和引入聚乳酸，实现白藜芦醇的原位可控释放。对该材料抗活性氧自由基、降低局部炎症、促进骨髓间充质干细胞向成骨分化等生物效应进行深入研究；探讨白藜芦醇和纳米管阵列对活性氧自由基介导的NF-κB信号通路的影响，阐明载白藜芦醇的纳米管阵列促进骨愈合的分子机制。本研究为设计开发新型骨植入材料，特别是适用于老年骨折患者的植入材料，具有重要的指导意义和应用价值。

随着人口老龄化加剧，骨质疏松等老龄化疾病也日益加剧，人们对生物医用植入材料的需求也逐渐增加。医用钛合金是目前临床上应用最广泛的骨科植入材料，但是钛合金的表面生物活性和组织相容性较差。因此，如何提高钛合金表面的生物活性，促进植入材料和组织之间的键合，是骨植入材料领域的重要研究内容。本项目通过物理方法和化学方法，将具有调控氧化应激水平的白藜芦醇负载到二氧化钛纳米管阵列的表面，在钛合金表明形成纳米药物修饰的涂层，从而调控钛合金植入后引起的急性炎性反应，提高钛合金的生物相容性。并从分子水平揭示了该涂层可以通过调控NF-κB信号通路减轻活性氧的产生，促进骨髓间充质干细胞向成骨分化，减轻巨噬细胞的炎性反应，从而促进钛合金的骨修复功能。该项目的完成对于发展新型的钛合金植入材料具有一定的指导意义，对于提高临床用钛合金的生物相容性具有潜在的临床价值。本项目已发表SCI论文5篇，还有2篇在撰写中。