载骨碎补总黄酮纳米管涂层对钛合金假体与骨质疏松骨整合的影响

The effective integration of the prosthesis and osteoporotic bone is still a problem. To promote the osseointegration is of great significance to enhance the stability of the prosthesis and it can prolong the life of the prosthesis in patients with osteoporosis. The side effects and high price of Western medicine limit its clinical application. Total flavonoids of Rhizoma Drynariae can promote the proliferation and differentiation of osteoblasts and bone marrow mesenchymal stem cell. The gradient TiO2 nanotubes can promote osteogenesis. It also can be used as drug carriers to form drug delivery system. The project selects the gradient TiO2 nanotubes coating on titanium alloy prosthesis surface as the carrier of total flavonoids of Rhizome Drynariae, forming drug controlled release system. The titanium alloy implant osseointegration in osteoporotic rats are evaluated by the bone histomorphometry, biomechanical test and micro-CT. The proliferation and adhesion of osteoblasts and bone marrow mesenchymal stem cell, Osteogenic related genes and protein expression levels are measured to explore the mechanism of promoting osseointegration by gradient TiO2 nanotubes coating with total flavonoids of Rhizoma Drynariae on titanium alloy prosthesis. The study will provide a theoretical basis for the development and clinical application of the prosthesis.

人工关节假体与骨质疏松骨的有效整合仍然是个难题。促进假体与骨质疏松骨的整合，对增强假体的稳定性，延长骨质疏松患者假体使用寿命有重要意义。西药副作用大，价格高，临床应用受到限制。骨碎补总黄酮能促进成骨细胞增殖、分化，促进骨髓间充质干细胞增殖和向成骨细胞分化。梯度二氧化钛纳米管有促进成骨作用，还可以作为药物载体形成缓释系统。本项目选用梯度二氧化钛纳米管作为骨碎补总黄酮的载体，在钛合金假体表面构建骨碎补总黄酮控释系统。从假体与骨质疏松骨整合的骨组织形态计量学、生物力学测试、Micro-CT等动物实验，成骨细胞和骨髓间充质干细胞增殖和粘附，成骨相关基因和蛋白的表达等多层面研究载骨碎补总黄酮梯度二氧化钛纳米管涂层对钛合金假体与骨质疏松骨整合的影响及机制，为该假体的研制和临床应用提供理论依据。

背景：随着人口老年化和经济发展，越来越多的关节疾病患者需要进行人工关节置换手术来缓解疼痛，改善功能，提高生活质量。这些老年患者多伴有骨质疏松，关节假体与骨质疏松骨整合不佳，容易发生关节假体无菌性松动。.主要研究内容：1、构建载骨碎补总黄酮梯度TiO2纳米管缓释系统。2、载骨碎补总黄酮梯度TiO2纳米管涂层钛合金对成骨细胞和骨髓间充质干细胞的影响。3、载骨碎补总黄酮梯度TiO2纳米管涂层钛合金假体与骨质疏松骨整合的动物实验研究。.重要结果及关键数据：1、构建载骨碎补总黄酮梯度TiO2纳米管缓释系统。非梯度纳米管和梯度纳米管在前三天药物释放较快，到第七天释放曲线趋于平稳状态。2、载骨碎补总黄酮梯度TiO2纳米管促进成骨细胞和骨髓间充质干细胞增殖。成骨相关基因表达的定量分析发现载骨碎补总黄酮梯度纳米管组的成骨细胞OPN,COL-I及 OPG基因的表达水平明显增高，骨髓间充质干细胞OC, COL-I，OPN及BSP基因的表达水平明显增高。载骨碎补总黄酮梯度纳米管组成骨细胞和骨髓间充质干细胞碱性磷酸酶活性均明显增高3、骨质疏松SD大鼠胫骨植入假体材料12周Micro-CT分析骨体积/完整体积，骨皮质厚度，新生骨小梁数量等，结果显示相比梯度纳米管组和非梯度纳米管组，载骨碎补总黄酮梯度纳米管组显著增高。组织学分析新生骨组织面积比和新生骨组织接触比，载骨碎补总黄酮梯度纳米管组显著增高。生物力学测试假体拔出力，载骨碎补总黄酮梯度纳米管组拔出力显著增高。说明载骨碎补总黄酮梯度纳米管材料有利于假体和骨质疏松骨整合。.科学意义：治疗人工关节置换术后无菌性松动的翻修手术技术难度大，费用高，效果不及初次置换。因此研究促进关节假体与骨质疏松骨整合具有重要的经济和社会效益。本项目研究发现载骨碎补总黄酮梯度纳米管材料有利于假体和骨整合，为其进一步转化和临床应用提供了基础。