摘要

三维打印多孔种植体(TIs)在糖尿病患者中的应用受到影响,干扰了种植体骨整合的正常过程,导致固定失败。这可能是由于骨-植入物界面活性氧(ROS)产生过多。丝素-羟基磷灰石(SF/HA)杂化材料是一种新型的生物材料,用于加速新骨的形成。我们提出,SF/HA复合涂层钛种植体(SHT)可以缓解DM介导的骨整合受损,这在以前从未报道过。

为了验证这一假设并进一步阐明其机制,将原代兔成骨细胞接种在TIs或SHT上,并与正常血清、糖尿病血清(DS)、DS+N-乙酰-L-半胱氨酸(NAC)(一种有效的ROS抑制剂)和DS+LY294002(一种特异的PI3K/Akt抑制剂)一起培养,用于成骨细胞行为检查。在植入两种植入物的糖尿病兔上进行了动物研究,以进行骨整合试验。DM介导的ROS过度产生导致成骨细胞生物学功能失调和凋亡损伤,与TI基质上培养的成骨细胞中PI3K/Akt信号的抑制有关。值得注意的是,SHT底物显著抑制了糖尿病条件下ROS的过度生成,改善了成骨细胞的功能恢复,包括改善成骨细胞的粘附和形态,改善了细胞增殖和分化,并消除了凋亡,这与NAC给药对TI表现出相同的效果。体外实验结果通过增强糖尿病兔SHT的成骨和骨整合在体内得到进一步证实。

此外,通过施用LY294002阻断PI3K/Akt信号传导,SF/HA涂层提供的上述促进作用被完全消除。上述结果共同证明,SF/HA杂交涂层通过重新激活ROS介导的PI3K/Akt信号通路,显著改善DM介导的受损的TI骨整合。这种混合涂层引发了一种新的表面生物功能化策略,以使钛在糖尿病患者中获得良好的临床表现。


Xiang-Yu Ma, Dong Cui, Zheng Wang, Bing Liu, Hai-Long Yu, Hong Yuan, Liang-Bi Xiang*, and Da-Peng Zhou* 

ACS Biomaterials Science & Engineering 2022, 8, 7, 2908-2919 (Bio-interactions and Biocompatibility)