摘要
在整形外科领域，钛种植体被广泛应用于骨、牙的结构与功能重建。但是，骨整合不良极大限制了钛种植体的植入成功率与使用寿命。良好的骨-钛整合通常源于钛表面与周围骨组织在分子和细胞水平上的强界面相互作用，其结合强度高度依赖于钛表面血管化、新骨生成和钙矿化/沉积的程度。传统增强骨-钛整合的策略侧重于构建骨传导或骨诱导的钛表面微环境，其目标细胞主要包括骨间充质干细胞（BMSCs）、成骨细胞和破骨细胞。近年来，随着骨免疫学的发展，免疫调节介导的新骨生成引起了极大的关注，并在促骨-钛整合方面显示出巨大的潜力。在骨免疫调节过程中，巨噬细胞扮演调节中枢的角色。目前，基于巨噬细胞免疫调节策略包括：（1）短期诱导M1型巨噬细胞极化；（2）持续诱导M2巨噬细胞极化；（3）时序诱导M1/M2巨噬细胞极化。考虑到在正常骨愈合过程中，M0型巨噬细胞在初始阶段（前3天）被暂时极化为M1表型，随后转化为M2表型，因此，本研究提出假设：时序诱导原位M1/M2巨噬细胞极化能更好地促进骨钛整合。本研究拟解决的关键科学问题为如何在时间和空间上精准调控钛表面巨噬细胞的M1/M2时序极化。鉴于此，本研究在钛种植体表面构建了负载促M1巨噬细胞极化的槐定碱与促M2巨噬细胞极化的木犀草素的水凝胶涂层，并通过硼酸酯键来介导槐定碱和木犀草素的顺序释放。从细胞层面探究贴附巨噬细胞的时序极化行为和机制；利用大鼠股骨缺损模型评价和探究所制备钛种植体的骨整合性能并验证初始理论假设。具体工作如下： 1.通过紫外触发的表面催化引发自由基聚合，在钛表面构建了聚（甲基丙烯酸羟乙酯-共-3-丙烯酰胺基苯硼酸）涂层，进而通过溶胀渗透法构建了聚（甲基丙烯酸羟乙酯-共-3-丙烯酰胺基苯硼酸）/木犀草素/槐定碱（Poly(HEMA-co-3APBA)/LUT/SOP）水凝胶涂层。对Poly(HEMA-co-3APBA)/LUT/SOP水凝胶涂层的组成、结构、形貌等进行了详细的研究，验证了表面水凝胶涂层的成功构建、两种药物的成功负载以及苯硼酸酯键的形成；通过力学测试和降解实验评价了水凝胶涂层界面键合强度和结构稳定性；采用体外药物释放试验对该涂层的槐定碱/木犀草素顺序释放行为进行鉴定，拟合槐定碱和木犀草素的释放曲线，解释其释放机制。结果显示槐定碱分子首先通过物理扩散释放，随后苯硼酸酯键随pH降低介导可逆断裂诱导木犀草素持续释放，从而构建了时序释放槐定碱和木犀草素的钛表面微环境。 2.利用体外细胞共培养实验验证了Ti-Poly(HEMA-co-3APBA)/LUT/SOP对大鼠骨髓间充质干细胞（BMSCs）和小鼠单核巨噬细胞白血病细胞（RAW264.7）的生物相容性；利用免疫荧光染色、蛋白质印记和实时定量荧光PCR评价了水凝胶涂层时序诱导巨噬细胞M1/M2型极化的行为，并验证了水凝胶涂层通过调节PI3K和MAPK诱导促炎M1巨噬细胞在第1～2天发生极化，抗炎M2巨噬细胞在第3～5天发生极化。 3.采用大鼠股骨模型，验证材料的骨整合性能。通过Hamp;E染色和免疫组化，验证了Ti-Poly(HEMA-co-3APBA)/LUT/SOP材料具有良好的诱导骨再生和血管生成的能力；显微CT和Masson染色测试表明Ti-Poly(HEMA-co-3APBA)/LUT/SOP在体内具有良好的骨整合能力。种植体可以通过调节巨噬细胞的极化，来响应骨愈合的免疫反应，从而减少种植体界面周围的纤维化形成，促进骨缺损的血管化和骨整合。 综上，本项目报道了一种能够时序诱导钛表面贴附巨噬细胞M1/M2型极化的水凝胶涂层，并探究了其通过免疫调节促进骨钛整合的性能与机制。本工作不仅开发了一种新的钛种植体涂层，也对未来钛种植体的研发提供了一定启发。
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