氟涂層對(duì) AZ31B鎂合金植入初期降解作用的影響

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(1中國醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院,沈陽 110002;2中國人民解放軍第 202醫(yī)院;3中國醫(yī)科大學(xué)盛京醫(yī)院)

AZ31B鎂合金是一種新型可降解骨支架材料。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)已證實(shí)其生物安全性以及骨誘導(dǎo)作用[1]。但 AZ31B鎂合金植入初期降解速度快,影響了骨重建[2,3]。表面涂層是解決此類問題的常用方法。本研究觀察了氟涂層對(duì) AZ31B鎂合金植入初期降解的影響。現(xiàn)報(bào)告如下。

1 材料與方法

1.1 材料 無涂層 AZ31B鎂合金、氟涂層 AZ31B鎂合金。高糖 DMEM培養(yǎng)基、電子分析天平、超純水裝置、CO2培養(yǎng)箱、酸度計(jì)、掃描電鏡。

1.2 方法

1.2.1 模擬體液的配制 每組取 3個(gè)平行樣品,在無菌條件下,按樣品表面積溶液體積比為 3 cm2/ml,將消毒后的氟涂層(觀察組)及無涂層(對(duì)照組)AZ31B鎂合金分別置于初始 pH值為 7.2的 DMEM培養(yǎng)基中,中間不換液,在 37℃、5%CO2、濕度 99%的 CO2培養(yǎng)箱中浸泡。

1.2.2 模擬體液 pH值檢測(cè) 分別于浸泡 1、3、5、7、14 d時(shí),采用酸度計(jì)測(cè)量?jī)山M溶液 pH值。

1.2.3 AZ31B鎂合金材料表面形貌觀察 將浸泡前和浸泡7 d后氟涂層及無涂層AZ31B鎂合金用導(dǎo)電膠粘到樣品托上,準(zhǔn)備真空鍍膜臺(tái),抽高真空,鍍金屬膜,掃描電鏡下觀察材料表面形貌。

2 結(jié)果

2.1 兩組不同浸泡時(shí)間模擬體液 pH值變化 對(duì)照組鎂合金浸泡 1、3、5、7、14 d溶液 pH值分別為7.51±0.15、8.32±0.10、9.36±0.10、9.79 ±0.09、9.87±0.09,呈升高趨勢(shì);觀察組溶液 pH值分別為7.29±0.07、7.44±0.06、7.47±0.11、7.65 ±0.11、7.74±0.08,各時(shí)點(diǎn) pH值無明顯變化。

2.2 兩組鎂合金表面形貌變化 掃描電鏡下可見,對(duì)照組浸泡前鎂合金表面相對(duì)光滑,觀察組鎂合金表面致密、光滑,有一些同向的紋理。浸泡 7 d后,對(duì)照組鎂合金表面呈龜裂狀,觀察組鎂合金氟涂層材料表面無明顯改變,可見散在腐蝕凹陷。

3 討論

多種疾病及創(chuàng)傷可造成骨缺損,修復(fù)方法包括骨移植及多種植入材料[3]。近年來鎂合金作為骨植入材料開始逐漸受到關(guān)注[4]。鎂可促進(jìn)新骨組織生成[5,6],對(duì)調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)和維持膜結(jié)構(gòu)有重要作用[7]。作為新型骨支架材料,鎂合金的彈性模量與人骨密質(zhì)密度及彈性模量相近,且具有較高比強(qiáng)度、比剛度、良好的吸收振動(dòng)性及電磁屏蔽與機(jī)械加工性能。但鎂合金植入初期可在體內(nèi)快速降解,在含有氯離子的體液中降解生成鎂離子被周圍組織吸收,會(huì)使周圍體液的 pH值升高,有可能導(dǎo)致溶血或產(chǎn)生細(xì)胞損害[8]。

AZ31B鎂合金是一種新型可降解鎂合金,與純鎂相比,降解速度更貼近臨床要求,且機(jī)械加工性能更好。前期動(dòng)物實(shí)驗(yàn)已證實(shí) AZ31B鎂合金在體內(nèi)降解速度明顯低于純鎂,且具有明顯的骨誘導(dǎo)作用[1]。目前已有學(xué)者實(shí)現(xiàn)在 AZ31B鎂合金表面采用化學(xué)法進(jìn)行氟涂層。氟對(duì)全身骨骼生長(zhǎng)發(fā)育和維持骨骼生理功能具有重要作用。微摩爾劑量的氟即可提高成熟的成骨細(xì)胞活性,使堿性磷酸酶活性升高,膠原合成和骨鈣素合成增加[9],同時(shí)氟化物具有良好的抗菌性能。

本實(shí)驗(yàn)檢測(cè)了氟涂層和無涂層的 AZ31B鎂合金在 37℃骨細(xì)胞培養(yǎng)液 DMEM中浸泡前后溶液pH值變化和材料表面形貌改變,結(jié)果顯示,對(duì)照組鎂合金浸泡 1、3、5、7、14 d時(shí)溶液 pH值呈升高趨勢(shì),而觀察組浸泡各時(shí)點(diǎn)的溶液 pH值無明顯變化;觀察組浸泡前鎂合金材料表面較對(duì)照組更致密,且浸泡 7 d后對(duì)照組鎂合金出現(xiàn)嚴(yán)重龜裂,而觀察組變化較對(duì)照組輕,說明氟涂層可在一定程度上抑制AZ31B鎂合金的初期降解作用,并保持模擬體液 pH值穩(wěn)定,有利于保持其骨誘導(dǎo)作用。這可能與氟涂層不具有降解性有關(guān),隔絕了培養(yǎng)液與 AZ31B鎂合金的接觸。

體外實(shí)驗(yàn)顯示,對(duì) AZ31B鎂合金進(jìn)行表面處理非常必要。與體內(nèi)植入條件相比,鎂在體外處于細(xì)胞培養(yǎng)液中,降解速度更快。然而,細(xì)胞培養(yǎng)液不具備實(shí)際人體大量體液的強(qiáng)大緩沖能力及自我調(diào)節(jié)機(jī)制,因此在體外細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中,AZ31B鎂合金降解會(huì)立即導(dǎo)致模擬體液 pH值變化,而在機(jī)體環(huán)境中,局部體液的變化會(huì)迅速伴隨體液循環(huán)而被中和,因此本實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的溶液 pH值變化發(fā)生時(shí)間與數(shù)值反映的是變化趨勢(shì),是體內(nèi)效應(yīng)的擴(kuò)大化,為材料進(jìn)一步改進(jìn)提供依據(jù)。如何有效將體外降解實(shí)驗(yàn)結(jié)果在體內(nèi)量化,還有待于進(jìn)一步研究。

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