如何促进钛种植体表面与骨的结合，钛合金植入体
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|钛及钛合金常用作骨植入材料，当植入人体后，人体免疫系统将其识别为异物并引发免疫反应。巨噬细胞是骨免疫反应的主要效应细胞，其功能表达影响成骨细胞谱系的后续行为。钛种植体表面的二氧化钛（TiO2）钝化膜是与巨噬细胞直接接触的材料，对骨整合非常重要。
近日，中国科学院上海硅酸盐研究所郑学斌研究员与曹云珍等人合作，在研究钛植入物调节巨噬细胞炎症功能的机制方面取得新进展。研究人员将原子层沉积技术与紫外线照射和自组装单层方法相结合，在不改变植入物表面形貌的情况下构建亲水和疏水TiO2薄膜，形成亲水和疏水条带，形成交替结构。结果表明，与疏水表面相比，亲水TiO2膜表面促进巨噬细胞向抗炎M2极性表型转化，而亲水/疏水条带之间的表面则显示出巨噬细胞形态的差异，可以清楚地观察到。 M2巨噬细胞通过分泌更多相关因子促进成骨分化和前成骨细胞矿化，对骨组织修复产生有益作用。
相关机制的研究表明，TiO2膜表面的亲水性可以通过影响两种特定蛋白质（纤连蛋白/FN和纤维蛋白原/FG）的三维结构来调节巨噬细胞的炎症功能。亲水表面上的FN 活性较高，暴露出更多的细胞识别位点RGD，而疏水表面上的FG 活性较高，暴露出更多的细胞识别位点P1 和P2 链片段。由于巨噬细胞分别通过1和2整合素识别FN和FG，因此1整合素在亲水表面的巨噬细胞中表达较高，并且促进2整合素在疏水表面的表达。进一步研究表明，1和2整合素分别激活细胞内PI3K/Akt和NF-B信号通路，分别导致抗炎（M2）和促炎（M1）表型，并已被证明可以促进细胞极化。
相关研究成果以“Unveiling the Mechanism of Surface Hydrophilicity-Modulated Macrophage Polarization”为题发表在学术期刊《Advanced Healthcare Materials. 2018, 1800675 (DOI:10.1002/adhm.201800675)》上。卢琳上海硅酸盐学院
该研究得到了国家自然科学基金委和上海市科委的资助和支持。
TiO2亲水膜、疏水膜、亲水/疏水条膜的制备
TiO2膜的亲水性对巨噬细胞粘附形态的影响
钛植入物表面亲水性控制巨噬细胞极化表型的机制示意图。