[发明专利]协同调控骨质疏松症中局部骨重建及愈合的钛合金的功能化界面构建方法

说明书

技术领域

本发明属于医用材料领域，具体涉及一种协同调控骨质疏松症中局部骨重建及愈合的钛合金的功能化界面构建方法。

背景技术

钛及钛合金材料由于其独特的机械性能和良好的生物性能，被广泛地应用于假肢和牙科领域。然而，由于钛及钛合金植入体与自然骨之间的固定主要依赖于骨和植入体材料之间简单的机械锁合，并且，植入体与自然骨之间长时间的摩擦易产生碎削和纤维包囊，这些因素最终会诱发骨溶，导致植入失败。上述问题对于骨质疏松症患者而言，由于其骨密度降低，骨强度和微结构改变，进一步增加了植入体植入的难度，降低了植入手术的成功率。

过去几十年，研究人员致力于通过表面工程的方法提高钛及钛合金表面性能，从而促进骨整合，有效治疗骨质疏松症引发的骨缺损或断裂。一种方法是将生物功能性活性大分子(例如细胞外基质成分、胶原、生长因子等)固定到钛材表面。因为这些分子能调控细胞的生物学行为，促进体内骨重建及愈合。比如，研究证实I型胶原及磷酸钙覆盖的钛材植入骨质疏松症小鼠中后能刺激植入体界面新骨的生成以及矿化；碱性成纤维生长因子能促进经过卵巢切除的小鼠中钛材植入体的固定强度。另一种是将抗骨质疏松症的药物(例如二磷酸盐、组织蛋白酶抑制剂、雷尼酸锶、降钙素等)覆盖到植入体表面。研究证实钛材料表面覆盖阿伦磷酸钠或唑来膦酸钠可以有效的抑制破骨细胞的增殖并抑制其活性，同时加速骨质疏松症小鼠中植入体与自然骨的机械整合。其它的治疗性药物如雷诺昔芬、雌激素都陆续引入钛材界面用于治疗或预防骨质疏松症引发的骨折，因为这些分子能限制骨吸收提高骨愈合。而本课题组在先前的研究中，利用含β-雌二醇的介孔硅杂化多层膜修饰钛材表面，发现这样的结构极大的提高了骨相关基因的表达，有利于维持骨的动态平衡。

降钙素是一种具有32个氨基酸线性多肽，能够治疗骨质疏松症。据报道具有骨质疏松症的病人经过降钙素治疗1年后，有效提高了病人腰椎和臀部的骨量。这有赖于降钙素在抑制破骨细胞的同时能刺激成骨细胞的活性。

骨形态发生蛋白-2(BoneMorphogeneticProtein2，BMP2)可以上调骨质疏松症病人干细胞成骨相关基因(如Runx2,DLX5及骨钙素)的表达，从而促进骨质疏松症病人干细胞成骨分化的能力。

基于此，本发明拟利用层层组装技术将抗骨质疏松症药物降钙素和骨诱导因子BMP2组装到钛合金表面壳聚糖/明胶多层膜中，以期达到调节骨相关细胞生物学行为的目的，实现植入体周围骨的重构及愈合，增加植入体与骨之间的整合。

发明内容

本发明提供了一种协同调控骨质疏松症中局部骨重建及愈合的钛合金的功能化界面构建方法，该方法操作简单、成本低廉、通用性强，不需要特殊设备。利用该方法制备的钛合金功能界面能够调控间充质干细胞和破骨细胞的生物学行为，促进骨质疏松症动物模型中植入体的骨整合，在骨疾病治疗及骨移植技术中有重要的临床应用价值。

本发明采取的技术方案如下：

1、协同调控骨质疏松症中局部骨重建及愈合的钛合金的功能化界面构建方法，包括如下步骤：

a.钛合金表面预处理：

将钛合金置于体积分数30～50％的硝酸溶液中，50～70℃孵育30～60min，清洗后沸水中浸泡1h；

b.多巴胺的吸附及明胶的固定：

将预处理后的钛合金置于0.5～6mg/mL多巴胺溶液中，20～30℃避光放置6～48h后清洗，然后用1～4mg/mL的明胶溶液浸泡8-16h，清洗并干燥；所述多巴胺溶液用5～15mM，pH8.5的Tris缓冲溶液配制；明胶溶液用pH值7.4的PBS缓冲液配制；

c.钛合金表面降钙素及BMP2杂化多层膜的制备：

将步骤b处理后的钛合金依次浸泡于1～10mg/mL壳聚糖溶液、1～10mg/mL明胶溶液和0.5～5μg/mL的降钙素溶液中，清洗后再依次浸泡于1～10mg/mL明胶溶液、1～10mg/mL壳聚糖溶液、1～10mg/mL明胶溶液及0.5～5μg/mL的BMP2溶液中，各溶液浸泡时间均为5～15min；

所述壳聚糖溶液用体积分数1％的醋酸溶液配制；降钙素溶液和明胶溶液用pH值7.4的PBS缓冲液配制；BMP2溶液用100mM，pH值5.1的醋酸钠溶液配制。

优选的，所述步骤a中所述钛合金为TC4钛合金。

优选的，所述步骤b中多巴胺溶液浓度为2mg/mL，明胶溶液浓度为2mg/mL。