钛种植体表面改性策略及对骨整合的影响

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2013.29.020

中国组织工程研究 ›› 2013, Vol. 17 ›› Issue (29): 5395-5402.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2013.29.020

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钛种植体表面改性策略及对骨整合的影响

李莺，李长义

天津医科大学口腔医院，天津市 300070

收稿日期:2013-04-09 修回日期:2013-04-27 出版日期:2013-07-22 发布日期:2013-07-22
通讯作者: 李长义，博士，教授，主任医师，天津医科大学口腔医院，天津市 300070 changyi_li@sina.com
作者简介:李莺☆，女，1976年生，天津市人，汉族，2011年日本大学松户齿学部毕业，博士，主治医师，主要从事口腔生物材料相关研究。 yingli3051@263.net
基金资助:
天津市高等学校科技发展基金计划项目(20120126)

Titanium implants: Strategies on surface modification and effect on osseointegration

Li Ying, Li Chang-yi

Stomatological Hospital of Tianjin Medical University, Tianjin 300070, China

Received:2013-04-09 Revised:2013-04-27 Online:2013-07-22 Published:2013-07-22
Contact: Li Chang-yi, M.D., Professor, Chief physician, Stomatological Hospital of Tianjin Medical University, Tianjin 300070, China changyi_li@sina.com
About author:Li Ying☆, M.D., Attending physician, Stomatological Hospital of Tianjin Medical University, Tianjin 300070, China yingli3051@263.net
Supported by:
the Scientific and Technological Developmental Foundation in Tianjin Universities, No. 20120126*

摘要/Abstract

摘要：

背景：纯钛因具有优良的生物相容性、机械性能和与骨组织相近的弹性模量等被广泛应用于口腔种植领域。
目的：综述近年来钛金属种植体材料表面物理改性、化学改性和生物化学改性策略的研究进展。
方法：以“titanium，implant，surface modification，osseointegration”为检索词，检索PubMed数据库，以“钛，种植体，表面改性，骨整合”为检索词，检索中国知网数据库，限定时间范围为2007年1月至2013年2月。文献检索语种为英文和中文。纳入内容与钛种植体表面改性方法及其对骨整合影响密切相关的文献，排除重复文献。
结果与结论：计算机初检得到199篇文献，根据纳入排除标准，对其中76篇文献进行分析。钛种植体本身是生物惰性材料，通过表面改性对钛金属表面进行活化处理，使之具有生物功能性，与骨组织形成早期骨整合，是国内外口腔种植材料研究的热点问题。物理改性、化学改性和生物化学改性可缩短钛种植体种植周期，获得早期骨整合和更高的结合强度。今后的发展趋势是将多种改性方法有机结合，从分子水平深入研究钛金属材料表面与机体细胞和组织之间的界面分子作用机制，完善种植体的表面改性技术，实现种植体和骨组织的早期和更加稳定的骨整合。

关键词: 生物材料, 生物材料综述, 组织工程骨材料, 口腔种植材料, 钛, 种植体, 表面改性, 骨整合, 物理改性, 化学改性, 生物化学改性, 省级基金

Abstract:

BACKGROUND: Titanium has been widely used in dental implantation because of its good biocompatibility, mechanical properties and its similar elastic modulus to the bone.
OBJECTIVE: To summarize three strategies for surface modification of titanium implants: physical modification, chemical modification and biochemical modification.
METHODS: PubMed and CNKI databases were searched for articles published from January 2007 to February 2013, and the key words were “titanium, implant, surface modification, osseointegration” in English and Chinese, respectively. Articles which are closely related to titanium implant surface modification and osseointegration were included, and repetitive articles were removed.
RESULTS AND CONCLUSION: After preliminary search, 199 articles were found. According to the inclusion criteria and exclusion criteria, 76 articles were further analyzed. Titanium implant is a bioinert material, and thus the researchers focus on surface modification to activate the titanium implant so as to possess biological function and achieve early osseointegration. Implant surface modification strategies include three perspectives: physical modification, chemical modification and biochemical modification which can shorten the period of implant therapy and achieve early osseointegration and higher binding strength. The future research trend is to combine three strategies and to further explore the molecular basis of mechanism at the interface between implant and organism cell and the tissue in order to use better surface modification technology to fulfill the early and more stable osseointegration between the implant and bone tissue.

中图分类号:

R318

李莺，李长义. 钛种植体表面改性策略及对骨整合的影响[J]. 中国组织工程研究, 2013, 17(29): 5395-5402.

Li Ying, Li Chang-yi. Titanium implants: Strategies on surface modification and effect on osseointegration[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2013, 17(29): 5395-5402.

图/表（结果） 1

2.1 纳入文献基本情况 初检得到199篇文献，排除研究目的与此文无关的30篇，内容重复性的研究95篇，共保留76篇中英文文献做进一步分析。其中文献[1-5]概述了钛种植体表面改性的发展历史和研究现状；文献[6-25]探讨了钛种植体表面物理改性的方法；文献[26-48]探讨了钛种植体表面化学改性的方法；文献[49-63]探讨了钛种植体表面生物化学改性的方法；文献[64-76]探讨了钛种植体表面改性对骨整合影响的机制。

2.2 种植体表面改性的策略 纯钛金属及钛合金因具有优良的生物相容性及机械性能、与骨组织相近的弹性模量及在生物环境下优良的抗腐蚀性，使其在口腔种植临床应用多年，然而钛金属是生物惰性材料，本身并不具有生物功能，直接植入人体还存在着骨整合时间长、结合强度低及游离金属离子对人体组织的潜在影响等问题。因此通过表面改性使得钛金属表面获得特定的物理形貌，化学组成以及生物化学修饰，从而使之具有生物功能性，与骨组织形成生物性结合，是国内外口腔种植材料研究的热点问题^[4-5]。研究表明，牙种植体的表面特性可影响种植体植入后的生物学反应，决定组织细胞在其表面的黏附，增殖，分化及矿化，影响蛋白质的吸收，直接影响界面的骨愈合速度、骨结合率和骨结合强度，对种植体功能的正常行使起到了十分重要的作用。众多研究者采用各种各样的方法来实现种植体的表面改性以达到早期骨整合和更高的结合强度，主要包括3种策略。

2.2.1 物理改性物理改性主要指的是种植体表面超微结构的改变，包括钛浆喷覆，喷砂酸蚀，激光处理，电解蚀刻，表面陶瓷化等^[6]。钛浆喷覆以熔融的液体钛合金高速喷在光滑种植体表面，经快速冷却而成，是获得临床成功的种植体^[7]。主要的优点是整个种植体为一种材料制备而成，可以降低界面处的残余应力，同时增大表面积，所形成的微粗糙结构对于骨组织的早期固定起着重要的作用，但操作工艺复杂，种植体周围有钛颗粒存在，涂层的稳定性受到质疑^[8]。喷砂酸蚀表面粗化技术将常规喷砂与特定酸蚀处理方法相结合，集成了喷砂与酸蚀的优点，又克服了二者的缺点。优点是方法操作简单，成本低，避免单纯喷砂处理的不足，减少或者避免表面污染，优化了种植体表面的超微结构，提高骨组织与种植体表面之间的机械锁合。近年来，喷砂酸蚀被国内外许多学者用来进行种植体表面改性^[9-11]。

除了钛浆喷覆和喷砂酸蚀之外，种植体表面纳米改性也被认为是提高其生物学活性的重要途径。在种植体表面的物理改性策略中，电解蚀刻法^[12]、电腐蚀粗化^[13]、严重塑性变形表面纳米化技术^[14]，均通过在纯钛表面产生纳米化结构实现表面改性。

此外，另一种在种植体表面物理修饰的思路是在种植体表面形成一层致密的膜，如阳极氧化处理的种植体表面形成一层致密的氧化膜，有效抑制金属离子释放以及增强金属的抗腐蚀性能，并具有一定的生物活性，增加种植体的骨结合率^[15]；大气加热法在 800 ℃的纯氧中对种植体进行热氧化处理后，形成致密较厚的氧化膜，增加了种植体的耐腐蚀性并提高了骨结合能力^[16]；微弧氧化，又称微等离子体氧化或阳极火花沉积，是直接在有色金属表面原位生长陶瓷膜层的新技术，所形成的生物活性涂层具有耐腐蚀、耐磨损等特点，能在植入体表面产生一层多孔、粗糙的氧化膜，改善骨界面的生物学反应，有利于新骨的生成^[17]。刘媛媛等^[18]以磁控溅射法在纯钛种植体表面制备纳米钛膜，动物试验显示，纳米级颗粒钛膜可增加种植体在种植初期的骨整合、骨小梁数量和骨量，有助于提高材料与骨之间的生物性骨结合。Metzler 等^[19]研究了微波浆膜-化学-蒸汽沉积金刚石薄膜包被的种植体在猪的前颅骨植入并愈合2-5个月后的骨整合情况。结果表明，微波浆膜-化学-蒸汽沉积金刚石镀膜法与常规的喷砂酸蚀方法的骨结合率相当，体现出良好的种植体骨整合程度。

激光处理种植体表面是近年来研究的一种新方法，已有试验证实可产生理想的粗糙度，并且处理过程中材质不需接触种植体表面，所以不会对种植体表面产生污染^[20-21]。Jakse等^[22]研究提示经低水平激光处理的钛种植体表面对骨整合可能存在积极意义。Paz等^[23]和Faeda等^[24]分别发现，激光处理的种植体在体内细胞培养和体外动物胫骨实验中都可以获得更佳的生物相容性和早期骨整合。Palmquist等^[25]报道，在人的下颌骨内放置两个半月后，激光修饰的种植体BioHelix仍然保持着原有的沟槽和凸起形貌，经过组织学和超微结构检测发现，在激光修饰的部位出现了纳米级的骨整合。

2.2.2 化学改性化学改性通过改变载体表面的化学特性，使之产生与细胞表面分子之间的特异相互作用，不仅作用于细胞表面性质，而且会引起细胞内部结构和功能密切相关的变化^[26]。化学改性主要通过羟基磷灰石这一重要的骨仿生材料所具有的良好的生物相容性和骨引导作用而促进早期骨整合^[27]。羟基磷灰石涂层的制备工艺主要包括等离子喷涂法、溶胶-凝胶法、离子束辅助沉积技术、电化学沉积法、激光法和仿生法等。其中，等离子喷涂羟基磷灰石涂层利用等离子枪产生直流电弧将涂层材料加热熔融后高速喷射到金属表面，形成涂层，已广泛应用于种植领域，取得了一定的效果^[28-29]，但等离子喷涂存在设备成本高，在骨-涂层-金属界面存在着涂层不均一，易剥脱、降解等缺陷^[30]。为了解决这一问题，诸多旨在形成更薄涂层的方法应运而生。其中，碱热处理法在种植体表面形成一层骨样磷灰石，不仅与种植体结合紧密，而且具有一定的骨诱导能力^[31]。溶胶-凝胶法将按适当的钙磷比例配制的胶体液涂在种植体表面，再通过加热，形成一层结合牢固的羟基磷灰石薄膜，显著提高种植体的骨结合能力^[32-33]。溅射镀膜法制备纳米氧化钛薄膜，对材料表面形貌、粗糙度和亲水性有较高的可控性^[34]。离子束辅助沉积技术在电子束蒸发沉积或溅射沉积的同时，用一定能量、种类、流强的离子束轰击正在生长的表面而合成涂层，该方法制备的羟基磷灰石涂层与钛基体黏着力极强、可在低温下合成，克服了传统涂层易于脱落的缺点^[35-36]。王玉琛等^[37]研究电化学沉积钙磷涂层在兔股骨内的早期骨结合，发现电化学沉积钙磷涂层在兔股骨内能更好的促进种植体的早期骨结合，并诱导骨组织向凹槽内生长。作为近年来研究的一种新方法，激光可用于沉积羟基磷灰石涂层于钛合金表面^[38-39]。Oliveira等^[40]利用仿生矿化的方法在种植体表面纳米级的羟基磷灰石涂层中掺入锶，促进成骨和种植体-骨之间形成骨整合的作用。Santander等^[41]在种植体表面形成仿生先进表面的拓扑结构，成功获得具有宏观粗糙和微观多孔的二氧化钛表面以及钙磷离子沉积的仿生性表面改性。

另外，纳米改性技术也应用于化学改性中，取得了明显促进骨整合的效果。Meirelles等^[42]对比电抛光技术处理后的商业纯钛种植体样本和该商业纯钛种植体表面形成纳米羟基磷灰石涂层后的样本后发现，纳米羟基磷灰石涂层种植体的骨接触率明显高于对照组^[43]。

此外，还有一些学者通过将物理改性与化学改性相结合来进行种植体表面修饰。例如，亲水性化学活化大颗粒喷砂酸蚀表面处理(SLActive)种植体是在原有的喷砂酸蚀种植体基础上，进行化学改性，增强了其表面的亲水性，从而增强MC3T3-E1成骨细胞的活性^[44-45]。新型氨基化纳米多孔钛表面的制备采用改良的碱热处理在纯钛表面形成纳米级的三维多孔钛表面，同时使用自组装技术化学偶联引入氨基这一活性功能基团，实验证实，可以促进大鼠骨髓间充质干细胞的黏附，铺展，增殖和分化^[46]。余森等^[47]首先利用微弧氧化法在多孔Ti₃Zr₂Sn₃Mo₂₅Nb(TLM)合金表面制备出含Ca、P的次级微孔涂层，并通过水热处理在此涂层表面生成羟基磷灰石。通过X射线衍射、扫描电镜和X射线能谱仪分析活性次级微孔涂层的相组成、微观形貌和元素特征，通过接触角测试试验对比研究了TLM合金表面改性前后的亲水性变化，并进一步通过动物试验检测多孔TLM合金的成骨性能。结果表明，多孔TLM表面形成规整的含Ca、P相的次级微孔层，亲水性增强，且具有良好的成骨诱导性能。Wang等^[48]利用飞秒激光在纯钛表面制备出了多种具有多级粗糙度有利于细胞攀附生长的图案化表面，而且实现了钙磷盐在显微图案上进行沉积，无残余应力，增强种植体表面的生物相容性，促进成骨细胞生长。

2.2.3 生物化学改性生物化学改性是通过将特定的蛋白、酶或肽固定于种植体表面，来诱导成骨细胞增殖分化，更为直接有效的促进骨整合^[49]。生物化学改性一开始是作为化学改性的变异出现^[50]，然而，由于种植体表面生物化学修饰改性具有确切的成骨效果，已经成为提高骨整合的重要途径，因而近几年来生物化学改性逐渐脱离化学改性而独立成为一类新的改性方法。目前常用的生物活性分子包括3大类。

蛋白类：包括釉原蛋白、胶原蛋白、骨桥蛋白和血浆纤维蛋白等。

釉原蛋白：釉原蛋白是发育中牙釉质的主要蛋白，被认为通过促进成骨细胞黏附而促进早期骨整合。Amin等^[51]研究了天然和合成的釉原蛋白片段对于前成骨细胞向成骨方向分化的作用后发现：不论天然还是合成的釉原蛋白片段，低分子量的釉原蛋白可以作为限制病理性骨细胞生长的制剂，而高分子量的釉原蛋白则可用于促进成骨的临床治疗。

胶原蛋白：胶原蛋白是动物体内含量最丰富的蛋白质，约占人体蛋白质总量的30%以上，是支持组织和结缔组织极重要的结构蛋白。胶原蛋白Ⅰ是主要的骨的有机组成部分，类似于骨矿化前的骨愈合。胶原蛋白Ⅲ作用于更早的胎儿和骨愈合阶段。动物试验证实，多肽处理的胶原海绵支架材料可以在骨缺损部位诱导骨的形成及矿化^[52]。Pek等^[53]以胶原为基质，多肽纳米晶体为结晶颗粒，制备出一种高强度海绵支架材料，可以使大鼠股骨骨折后骨不连和猪腓骨节段性缺损成功愈合。Stadlinger等^[54]采用小型猪的下颌骨的组织学和组织形态计量学评估骨种植体界面，结果显示，胶原蛋白Ⅰ、胶原蛋白Ⅰ和 Ⅲ 涂层的种植体的骨种植体界面有明显促进骨整合的效果。Palmquist等^[25]报道，激光修饰的种植体在人的下颌骨内放置两个半月由于解剖学和局部因素取出后，电子断层成像观察发现：胶原带在种植体-骨组织的界面清晰可见，胶原纤维生长于贴近二氧化钛表面的位置，纤维轴向与种植体表面平行，其中羟基磷灰石亦沿胶原纤维轴向沉积，尤以靠近种植体表面一侧沉积更为致密，由此提示：胶原参与了骨整合过程并起着重要的支架作用。Ravichandran等^[55]采用改良电纺丝技术在钛盘表面涂覆聚乳酸或聚乳酸/胶原纤维性结构，随后在纤维上沉积纳米级的羟基磷灰石。细胞黏接试验显示：涂覆有聚乳酸/胶原纤维性结构并沉积纳米级的羟基磷灰石的种植钛盘表面细胞黏接性能最佳，而且细胞的增生率，分化和矿化率同样升高。

骨桥蛋白：Liu等^[56]将骨桥蛋白吸附在充斥着正电荷的种植材料表面，从而在体内试验和体外试验中均成功的尽可能避免了排斥反应。在种植体植入28 d从体内取出后，证实表征着排斥反应程度的种植体周囊膜厚度明显降低。该研究为体内生物相容性材料的设计与修饰提供了依据。

血浆纤维蛋白：血浆纤维蛋白对细胞的生长、增殖分化、黏附移动、损伤修复、细胞凋亡等生理病理过程起重要作用。Rapuano等^[57]在Ti-6Al-4V表面预吸附仿生蛋白涂层；然后与成骨前体细胞MC3T3-E1联合培养。随后用实时PCR检测。发现贴附于Ti-6Al-4V表面的前成骨细胞展现出普通的成骨细胞分化型。预吸附纤维蛋白可以在成骨的矿化期刺激成骨细胞分化。

生长因子：种植体骨整合是一个复杂的过程，在不同阶段会有不同的细胞因子表达。细胞因子主要包括增加骨细胞活性的转化生长因子β、促有丝分裂的成纤维细胞生长因子、胰岛素样生长因子和诱导成骨的骨形态发生蛋白以及促进血管生成的血管内皮生长因子等，均可以通过激活机体内的分子信号通路而实现促进骨整合的目的^{[4, 58-59]}。

其中，骨形态发生蛋白2是在种植体表面改性中应用最为广泛的一类生长因子。Nie等^[60]将人重组骨形成蛋白2利用电纺丝方法负载于聚乳酸-羟基乙酸/羟基磷灰石的复合物纤维支架上，从而实现缓释并保持原有的完整性和天然构象。细胞培养显示，该复合物的加入可以增强细胞对支架的附着性，降低毒性。

目前普遍认为骨形态发生蛋白可以刺激骨形成，是骨再生和种植体表面改性的极有希望的一种蛋白治疗手段。而且美国食品药物管理局已经于2007年允许由一种可吸收的胶原海绵作为载体释放的骨形态发生蛋白2应用于颅面部缺损治疗。然而，关于骨形态发生蛋白的远期效果评价尚缺乏，将其成功用于骨再生的蛋白治疗还尚需时日^[61]。
活性肽：细胞外基质蛋白含有多种整合素识别位点，均由几个或几十个氨基酸残基构成。复合黏附肽精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸是其中最具有特征性的结构，它是各种基质中最常见的基本结构部分，也是广泛存在于细胞识别系统的基本单位。精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸序列作为整合素受体介导细胞基质黏附，增强种植体表面成骨细胞的活性，加快种植体周围骨的早期形成，并且增加种植体-骨界面的结合程度，从而缩短种植周期，提高种植成功率。同时，种植体表面的精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸序列能够有效的增强成骨细胞的活性，同时可以加速骨基质的矿化^[62-63]。

2.3 表面改性促进骨整合机制的研究进展

2.3.1 种植体表面物理改性促进骨整合的机制

物理改性通过表面仿生微形貌促进骨整合：有研究结果表明，粗糙表面较之光滑表面更易于骨基质沉淀和成骨细胞的附着，从而有利于“骨整合”的形成^[64]。此外，粗糙表面的图案形貌及孔隙尺寸也对成骨细胞的贴附生长产生重要的影响。通常细胞在具有沟槽结构的表面将沿突起部分进行定向生长和均匀排列，这一现象称为细胞培养的接触诱导^[65]，所以特定的表面图案化对细胞生长行为有显著影响。另有研究表明，具有多级粗糙度的微结构表面更有利于细胞的攀附以及细胞基质的分泌，进而增加细胞与基质材料之间的作用力^[66]。实验证实，表面孔隙直径在50-400 μm范围内，有利于新骨的长入，并与植入体表面形成机械锁合而提高骨结合强度；而成骨细胞的突触倾向于长入纳米级孔隙，起到类似于“锚”的作用，固定成骨细胞胞体，促进成骨细胞黏附，同时有利于细胞外基质蛋白的表达^[65]。

除了体外研究，动物实验也证实了纳米表面微形貌对骨整合的影响。Ogawa等^[67]发现，与常规酸蚀处理钛表面相比，微纳米形貌下的种植体骨整合强度提高了2倍。Guo等^[68]将植入动物体内的种植体取出，对其表面黏附细胞进行RNA提取，发现在氢氟酸处理后的钛种植体纳米相表面，黏附细胞的Runt相关转录因子2以及碱性磷酸酶、骨涎蛋白的mRNA表达均增高，提示较好的成骨特性。

物理改性通过提高表面润湿性促进骨整合机制：此外，纳米材料的应用，还可以通过提高种植体表面的润湿性来促进蛋白的黏附以及后续的成骨细胞的黏附和增殖。Park等^[69]探索不同表面湿润性梯度的条件下成骨细胞对于表面湿润性的反应，结果表明：整合素系列基因(整合素α1，α2，α5，β1，β3)对于表面润湿性的改变敏感，仅整合素α3是例外。研究得出结论，通过材料的纳米化增加种植体材料表面的润湿性有利于细胞外基质蛋白在材料亲水性表面的黏附过程。

2.3.2 种植体表面化学改性促进骨整合的机制

化学改性通过表面仿生涂层促进骨整合：等离子喷涂能通过在种植体表面形成20-50 μm的涂层而诱导骨组织迅速向其生长，形成种植体与周围骨组织间的化学键结合。另外纳米级的羟基磷灰石具有良好的骨相容性、快速的生物降解性、高效的骨传导性，便于血管和细胞的长入，促进骨整合^[28]。仿生矿化法通过掺锶羟基磷灰石表面改性促进骨整合的机制是因锶元素的掺入显著提高了其降解速率与生物相容性，形成厚度减小的矿化层，形成与人骨更加接近的仿生结构，从而发挥作用。仿生先进表面在没有外源性分化因子存在的情况下，诱导成骨细胞分化的标志物基因Runt相关转录因子2和骨桥蛋白表达增加，促进钛合金种植体的骨诱导性能^[41]。

化学改性通过提高表面润湿性促进骨整合：亲水性化学活化大颗粒喷砂酸蚀表面处理在种植体表面形成微粗糙的拓扑结构的基础上，添加了化学性修饰，使种植体表面具有高度的润湿性/亲水性，Gu等^[44]体外试验显示：与传统的大颗粒喷砂酸蚀的单纯物理改性的种植体表面相比，亲水性化学活化大颗粒喷砂酸蚀表面可以促进MC3T3-E1成骨细胞的增殖活性，提高碱性磷酸酶活性，以及成骨相关基因骨桥蛋白和骨钙素的表达，并通过磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B信号通路促进成骨细胞的增生和分化，促进骨整合。Wall等^[45]将单纯物理改性的喷砂酸蚀种植体和理化改性的亲水性化学活化大颗粒喷砂酸蚀表面种植体比较后发现：两种表面均可以促进成骨基因表达和钙化基质的早期沉积，而后者效果更佳；同时提示，激活成骨启动子WNT5A，促进骨髓来源的间充质细胞向成骨细胞分化。

2.3.3 种植体表面生物化学改性促进骨整合的机制

种植体表面蛋白修饰促进骨整合：Beyeler等^[70]研究发现釉原蛋白能介导成骨细胞和成纤维细胞黏附在塑料或钛金属表面。这种介导活性依赖于釉原蛋白完整的三维结构以及黏附细胞合成的在黏附过程中需要的新的蛋白。进一步分析发现，釉原蛋白的黏附作用与一段特异的氨基酸序列有关，这个特异的氨基酸序列与细胞纤维蛋白交互从而与整合素受体结合。Matsuzawa等^[71]采用转基因小鼠研究了釉原蛋白促进牙釉质形成的机制后，得出结论：釉原蛋白的体内表达主要定位于牙根部、牙周韧带和牙槽骨周围，通过激活β-链蛋白信号通路发挥釉质发育功能。Yan等^[72]将釉原蛋白与人来源的骨细胞共同培养后经过芯片分析检测并经定量PCR和ELISA证实发现：釉原蛋白直接影响增生和分化相关基因的表达，通过作用于前列腺素E2通路和抑制白细胞介素7的产生，推动新骨形成和骨吸收的平衡向着促进新陈代新陈

代谢的方向发展，从而促进骨整合。

Sverzut等^[73]将酸蚀后的纯钛表面用Ⅰ型胶原涂层前后，分别植入狗的下颌骨，经过3-8周之后，进行组织，细胞和分子水平的评价。结果显示，虽然组织学观察在Ⅰ型胶原涂覆组和单纯酸蚀组均有层状骨小梁环绕种植体，但是组织形态分析显示，在胶原涂覆组有更多的骨形成。细胞学评价显示，与Ⅰ型胶原涂层相邻处收获的细胞均有较低的增生能力和更高的碱性磷酸酶活性，呈现出更为活跃分化的细胞表型。进一步的分子水平的研究显示，Ⅰ型胶原涂层后的钛表面上调成骨细胞标志性基因的表达。以上研究显示，涂覆Ⅰ型胶原涂层可以通过在细胞和分子水平刺激骨形成而促进骨整合。

骨桥蛋白通过其精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸序列与细胞表面的整合素受体相结合，通过富含天冬氨酸的序列与骨的羟磷灰石相结合，从而成为细胞与羟磷灰石之间的桥梁。

血浆纤维蛋白以单体形式存在，通过N端的蛋白质与细胞表面特定区域发生聚合，单体之间通过二硫键桥彼此连接成纤维蛋白多聚体，纤维蛋白的聚合是发挥其生物学功能的先决条件。

种植体表面生长因子和活性肽表面改性促进骨整合：骨形态发生蛋白是转化生长因子β超家族成员，很多研究证实了重组人骨形态发生蛋白2 应用于种植体周围的诱导成骨能力。研究显示：在低浓度骨形态发生蛋白2的作用下，细胞可分化为破骨细胞；浓度较高时，则分化为成骨细胞。在何种情况下骨吸收强于骨形成目前尚不明确。Sena等^[74]在大鼠体内试验中发现：随着种植体周围转化生长因子β剂量的增加，虽然种植体-骨接触面积与固定强度减小，种植体周围骨量却逆势呈现随剂量增加的趋势，机制尚需进一步探索。

精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸肽涂层后种植体表面接触角与光滑钛表面相似，具有较好的表面亲水性，有利于成骨细胞黏附^[75]。精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸肽除了作为成骨细胞在种植体表面的定植分子之外，还能使成骨细胞数量增加，骨形态发生蛋白2，Runt相关转录因子2，骨涎蛋白和骨桥蛋白等成骨细胞活性标志物表达增多^[76]。此外，精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸肽涂层还能延长成骨细胞的生存时间，明显地抑制成骨细胞死亡^[75]。

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钛种植体表面改性策略及对骨整合的影响

Titanium implants: Strategies on surface modification and effect on osseointegration

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