*僅供醫學專業人士閱讀參考
點擊右上方「關注」，準時接收每日精彩內容推送。
鈦(Ti)及其合金是牙科植入物和髖關節成形術的優選材料，雖然鈦種植體具有良好的生物相容性，但由於骨結合不充分而導致的鬆動或脫位是臨床面臨的主要挑戰。
儘管許多研究對鈦基底進行了表面改性，以提高其生物惰性。然而，絕大多數策略沒有解決與軟組織整合不足。
為了實現骨和鈦植入體之間的緊密配合併改善骨的完整性，來自重慶大學的楊維虎教授與蔡開勇教授共同設計了一種原位製備含金屬離子的細菌纖維素（BC）膜的功能化鈦植入物。鎂和鍶離子可以通過原位生物合成的方式負載到細菌纖維素中，鈦表面原位製備的功能性生物塗層能夠整合手術裂隙，從而促進成骨。相關研究成果以「Promoting osseointegration by in situ biosynthesis of metal ion-loaded bacterial cellulose coating on titanium surface」為題於2022年8月24日發表在《Carbohydrate Polymers》上
首先，對純鈦進行二元酸蝕刻以擴大其反應性結合位點。木醋桿菌並通過原位培養形成含鍶(Sr)/或鎂(Mg)的BC塗層。這種塗層可以為組織整合提供合適的彈性模量，其吸水性和膨脹性可以填充種植體和組織之間的空隙，可以提高骨和軟組織的整合。
1.BC功能塗層的製備與表徵
為了增強鈦表面與BC塗層的結合力，作者採用二元酸腐蝕的方法提高了鈦片的表面粗糙度（圖2B-C）。此外，通過搭接剪切強度試驗評價了鈦基底與BC塗層之間的結合力（圖2D–E）。結果表明鈦片與BC塗層的結合力高於純鈦組，證明提高鈦基體的表面粗糙度可以提高鈦與BC塗層的結合力。此外，BC塗層有效降低了鈦的表面硬度，有利於鈦種植體與骨周圍軟組織的結合（圖2F）。
2.負載金屬離子的BC的製備與表徵
為了原位製備負載金屬離子的BC塗層，作者將氯化鍶和氯化鎂分別加入到基本BC介質中。SEM表明其具有典型的三維網絡結構，EDS圖譜表明元素均勻分布在基底上；XPS分析也用於研究這些樣品的表面化學組成，這些結果進一步證實了Sr和Mg成功原位負載。
3.細菌與金屬離子相互作用機理的研究
細菌可以轉化和改變金屬的物理和化學性質，導致它們的形態、流動性並可以降低它們的毒性。細菌與金屬離子的結合機制包括離子交換、表面絡合、微沉澱等。通過細菌培養實驗，結合SEM、EDS、FT-IR和XRD的結果，作者認為生成的沉澱是。
4.體外生物相容性及其成骨活性
細胞相容性對植入物至關重要，因此作者評估了不同鈦表面與骨髓間充質幹細胞的細胞相容性。細胞實驗表明表明，BC功能化鈦種植體具有良好的細胞相容性，有望應用於生物醫學領域（圖7A-C）。
通過測定鹼性磷酸酶(ALP)活性和礦化能力來評價MSCs在不同表面上的成骨行為。結果表明，在鈦表面引入含鍶塗層有利於骨髓間充質幹細胞向成骨細胞分化（圖7D-E）。
5.體內周圍骨再生評價
植入術後4周，作者進行組織學分析、蘇木精-伊紅(H&E)染色和Masson染色，評價體內成骨效果。在四組中觀察到類骨層的完整性和厚度的差異，實驗組明顯優於其他組，表現出了最佳的成骨效果。
為了進一步探索其在臨床應用中的潛力，作者還進行了微CT分析以評估骨整合效果（圖9）。CT分析和三維重建進一步證實了功能化改性的鈦種植體表能夠顯著促進成骨分化。
綜上，通過粘附和原位生長的方法在鈦基體上製備了厚度可控的BC膜，通過在BC介質中添加Sr和Mg離子，可以製備不同結構的金屬離子負載BC塗層。兩種離子可以促進骨生成，並隨著塗層的降解而緩慢釋放。體內外實驗證實，所製備的功能化鈦基底具有良好的生物相容性和較好的成骨能力。這種簡單、新穎的功能性鈦植入方法在臨床骨組織修復和再生中具有潛在的應用價值。
了解更多
關注「EngineeringForLife」，了解更多前沿科研資訊~
