生物改性是在物理化學(xué)改性基礎上，形成一定的膜結構或生物活性結構，加載特定的生物活性物質(zhì)，如生物活性因子、活性蛋白物質(zhì)或藥物等，從而提高種植體表面生物活性。已有實(shí)驗顯示，生物改性后的種植體在植入體內早期即可釋放生物活性物質(zhì)，且細胞應答反應更迅速，細胞增殖和分化活動(dòng)更明顯。這不僅提高了骨結合水平，也縮短了骨愈合時(shí)間，真正意義上將惰性的鈦金屬變成有機的金屬植入物?，F從生物改性的主要活性物質(zhì)和常用方法兩個(gè)方面綜述鈦種植體生物改性的研究現狀。

1.鈦種植體生物改性的主要活性物質(zhì)

       目前用于生物改性的活性物質(zhì)包括細胞生長(cháng)因子、多肽或蛋白類(lèi)物質(zhì)及藥物制劑。細胞生長(cháng)因子是人體的重要調節因子，對調控機體生長(cháng)發(fā)育和代謝有重要作用。目前與骨愈合和修復有直接聯(lián)系的生長(cháng)因子主要包括血小板衍生因子（platelet-derived growth factor，PDGF）、血管內皮生長(cháng)因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、成纖維細胞生長(cháng)因子（fibroblast growth factor，FGF）、胰島素樣生長(cháng)因子（insulin-like growth factor，IGF）、轉化生長(cháng)因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）超家族及TGF-β亞家族——骨形態(tài)發(fā)生蛋白2（bone morphogenic protein-2，BMP-2）。這些生長(cháng)因子可不同程度促進(jìn)骨細胞增殖分化，增加成骨能力。多肽或蛋白類(lèi)物質(zhì)目前運用較廣泛。精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（arginine-glycine-aspartic，RGD）多肽序列是體內存在的一類(lèi)骨相關(guān)蛋白依賴(lài)物，大多數骨細胞信號轉導的激活及之后的生長(cháng)、增殖均依賴(lài)RGD多肽序列，其能有效調節骨細胞增殖分化，同時(shí)增加骨細胞對生物活性物質(zhì)的黏附。此外，一些非膠原蛋白如絲素蛋白及骨鈣蛋白等均對骨細胞的增殖分化及礦化有重要的調控作用。藥物制劑在目前種植體改性中的應用也較多，例如抗菌抗炎藥物地塞米松、鹵代呋喃酮類(lèi)化合物，骨質(zhì)疏松類(lèi)藥物阿倫膦酸鈉、辛伐他汀等。一定濃度的藥物可減少微生物菌膜生長(cháng)，提高骨組織愈合和修復能力；在種植體植入后起抑菌、促進(jìn)骨生成的作用并可緩解骨質(zhì)疏松癥帶來(lái)的成骨不足。

2.鈦種植體生物改性方法

       目前，種植體表面生物改性的方法已由最初簡(jiǎn)單的物理吸附，逐步改進(jìn)形成如納米化方法、化學(xué)鍵結合技術(shù)、自組裝技術(shù)及核酸鏈相關(guān)技術(shù)等較先進(jìn)的方法。這些方法均在一定程度上提高了種植體表面形貌的穩定性。此外，生物改性方法使種植體表面形成藥物緩釋系統，更有利于生物活性物質(zhì)長(cháng)效、穩定地作用于骨組織。

（1）物理吸附：

       通過(guò)活性物質(zhì)與一定pH的緩沖溶液混合，再將種植體浸入溶液一定時(shí)間，活性物質(zhì)與金屬表面依靠非共價(jià)鍵（范德瓦耳斯力、氫鍵、靜電荷、分子軌道能）吸附結合。這種方法操作簡(jiǎn)單，但結合力較弱，且形成的改性層厚度不均勻，有較大的局限性。

（2）納米技術(shù)：

       是目前廣泛使用的改性方法之一，通過(guò)陽(yáng)極氧化、噴砂等處理改變種植體表面形貌，形成搭載生物活性物質(zhì)的納米載體結構，使納米結構與載體共同發(fā)揮作用，促進(jìn)骨組織生長(cháng)和愈合。

1）二氧化鈦納米管陣列：

       在種植體表面通過(guò)水熱法、硬模板法、溶膠-凝膠法以及陽(yáng)極氧化法等形成二氧化鈦納米管陣列，再于納米管上搭載相關(guān)生物活性物質(zhì)。納米管陣列為頂部開(kāi)口底部封閉的均勻二氧化鈦膜結構，通過(guò)控制溶液濃度、電解質(zhì)成分、反應電壓、溫度和時(shí)間等因素，改變二氧化鈦納米管壁直徑、厚度及形態(tài)。納米管陣列可表現出優(yōu)異的生物相容性，在種植體植入早期即有細胞偽足伸入并錨定于納米管管壁；在骨愈合過(guò)程中，納米管陣列表現出較好的抑菌性；其為生物活性物質(zhì)提供搭載結構，使多種生物活性物質(zhì)能穩定地錨定于種植體表面。

       Lee等通過(guò)真空浸涂將重組人BMP-2（recombinant human BMP-2，rhBMP-2）大分子加載于種植體納米管陣列中，再將種植體植入新西蘭白兔脛骨內，8周后組織形態(tài)定量分析顯示，納米管加載rhBMP-2組的骨-種植體結合率及短期內的成骨率均高于3個(gè)對照組（空白組、噴砂處理組、納米管組）。Zhang等認為，使用真空抽提法可增加生物活性物質(zhì)在納米管表面的附著(zhù)力，并形成相對穩定的藥物控釋系統。將重組人PDGF（recombinant human PDGF，rhPDGF）加載于納米管表面，真空抽提10 min后取出，掃描電鏡可見(jiàn)rhPDGF-BB呈微球形附著(zhù)于納米管壁內及納米管表面。酶聯(lián)免疫吸附測定顯示，rhPDGF-BB在體外呈緩釋狀態(tài)，蛋白質(zhì)印跡法顯示，rhPDGF-BB的緩慢釋放可上調PDGF因子相關(guān)信號通路磷酸化蛋白激酶B和磷酸化細胞外調節蛋白激酶的表達水平。Yang等在納米管上加入聚乳酸膠團微粒和藥物樣品維生素C及阿司匹林，有效形成了藥物控釋系統，分子動(dòng)力學(xué)模擬以及耗散粒子動(dòng)力學(xué)模擬實(shí)驗結果顯示，藥物試樣分散于聚乳酸基質(zhì)中，并隨聚乳酸降解緩慢釋放，釋放時(shí)間超過(guò)240 h。Kim等將藥物及GRGDS多肽序列（glycine-arginine-glycine-aspartic acid-serine）加載于納米管陣列上，體內外實(shí)驗顯示，納米管陣列與生物活性物質(zhì)可共同促進(jìn)骨細胞活性，促進(jìn)骨生成和骨結合。

2）納米粒子：

       膜結構常均存在骨傳導障礙，并使種植體表面失去應有的粗糙度，這些因素均可影響骨結合。納米粒子覆蓋型膜結構有一定的粗糙度，可增加骨組織與種植體的結合力，解決傳統膜結構的不足。Shim等通過(guò)電噴涂將FGF-2高分子聚合物納米粒子噴涂于陽(yáng)極氧化后的鈦表面，模擬體液實(shí)驗顯示，FGF-2呈緩釋狀態(tài)，釋放時(shí)間在2周左右，且釋放速度與聚合物內FGF-2濃度及納米顆粒尺寸呈正相關(guān)。種植體與人骨肉瘤細胞共培養4 h后可見(jiàn)細胞伸出明顯的絲狀偽足，且細胞與鈦表面結合牢固。FGF-2不僅可直接作用于骨細胞并增加其活性，還可同時(shí)形成納米粒子物理結構，增加鈦表面粗糙度，進(jìn)而增加細胞的延展及固定。Sharma等將絲素蛋白納米顆粒通過(guò)硅烷偶聯(lián)劑偶聯(lián)于種植體表面，并在絲素蛋白上搭載慶大霉素；體外培養顯示，絲素蛋白有較好的負載能力，且對慶大霉素有控釋作用。慶大霉素的持續釋放對細菌等致病因素有較好的抑制作用。同時(shí)，絲素蛋白顆粒自身促進(jìn)了骨細胞的增殖分化及黏附。通過(guò)納米改性實(shí)現生物活性物質(zhì)的搭載是目前使用較多的方法，改性后的種植體對骨組織愈合有較好的促進(jìn)作用。但目前對納米管陣列的管徑及納米顆粒尺寸等均無(wú)統一結論，尚需深入研究。

（3）化學(xué)鍵結合技術(shù)：

       通過(guò)偶聯(lián)劑或交聯(lián)劑使鈦表面與相關(guān)生物活性物質(zhì)間形成規整的化學(xué)鍵（離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵）結合。一種方法即在金屬與生物活性物質(zhì)中加入偶聯(lián)劑、交聯(lián)劑或螯合劑，通過(guò)其兩個(gè)活性基團，以共價(jià)鍵方式將鈦與生物活性物質(zhì)結合起來(lái)。常用的化學(xué)試劑有多巴胺、聚乙二醇、聚吡咯、硅烷偶聯(lián)劑γ-氨丙基三乙氧基硅烷等。以多巴胺為例，其含有氨基和鄰苯二酚羥基基團，在水相介質(zhì)中不僅可自聚，同時(shí)可與其他基團形成共價(jià)偶聯(lián)。Zhang等通過(guò)多巴胺將酪氨酸酶活化的IGF-1與鈦偶聯(lián)，使IGF-1能穩定加載于種植體表面，同時(shí)能直接作用于骨組織。

（4）自組裝技術(shù)：

       自組裝技術(shù)是高分子結構單元間存在一些特定基團，兩種基團間自發(fā)以非共價(jià)鍵結合，從而形成一定的規則有序結構。在醫學(xué)中，運用自組裝技術(shù)形成多樣的短肽、核酸結構，以此形成新型活性物質(zhì)檢測工具或進(jìn)行相關(guān)疾病治療。自組裝技術(shù)在種植體改性中可彌補物理氣相沉積的不足，適用于物理氣相沉積中無(wú)法氣化的高分子結構，在溶液中可使兩種物質(zhì)形成均勻穩定的復合結構，且相對于其他膜結構，自組裝技術(shù)搭載生物活性物質(zhì)結合牢固，不易剝脫，能更穩定持久地作用于周?chē)M織。Lee等將兒茶酚高聚物納米顆粒層層自組裝于鈦表面，形成較穩定的共價(jià)及非共價(jià)結合力，并由兒茶酚陰離子基團結合BMP-2形成穩定的改性結構；體外脂肪間充質(zhì)干細胞培養顯示，細胞表現出較好的黏附、增殖能力，堿性磷酸酶測試顯示細胞分化和細胞活性較強；同時(shí)，該結構形成較好的藥物控釋系統，BMP-2釋放時(shí)間超過(guò)35 d。Lv等通過(guò)自組裝技術(shù)將殼聚糖和藻酸鹽形成復合結構并搭載米諾環(huán)素，結果顯示自組裝后種植體有良好的親水性，且結構穩定，同時(shí)表現出持久的抑菌效果。Tack等將氧化后的鈦與牛血清蛋白分別進(jìn)行自組裝及偶聯(lián)劑結合；結果顯示，兩種技術(shù)均能達到較好的結合效果，但偶聯(lián)劑結合技術(shù)可能影響甚至阻斷蛋白質(zhì)功能，細胞對蛋白的吸收率也有所下降。因此自組裝技術(shù)在生物安全性及細胞相容性方面更具優(yōu)勢。

（5）核酸鏈雜交技術(shù)：

       借助于核酸鏈或DNA寡核糖核苷酸（oligodeoxynucleotide，ODN）互補結合，將生物活性物質(zhì)固定于種植體表面?；驹硎鞘紫仍诜N植體表面錨定一段核苷酸鏈，將搭載生物活性物質(zhì)的另一端核苷酸鏈與之雜交互補，生物活性物質(zhì)隨互補鏈結構搭載于種植體表面。生物方法的特異性高，搭載穩定性好，且可形成控釋系統。但需要進(jìn)行較嚴格的核酸鏈特異性選擇過(guò)程，操作較復雜。Wolf-Brandstetter等比對不同類(lèi)型ODN加載系統后認為，選用多聚腺苷酸、增加核苷酸鏈密度、縮短核苷酸鏈長(cháng)度、在反應溶液中添加Mg離子等措施，可提高核苷酸鏈的互補率及生物活性物質(zhì)的搭載量。Schliephake等認為，通過(guò)控制DNA鏈的種類(lèi)及相對分子質(zhì)量實(shí)現一定的藥物濃度梯度，能更有效控制藥物釋放，從而使藥物能穩定長(cháng)效作用于周?chē)M織。核酸鏈雜交技術(shù)是一種新型改性方法，其要求載體及搭載物質(zhì)均有較高的種屬特異性，且DNA的加入對機體的影響仍不明確，需進(jìn)一步研究。此外，DNA形態(tài)結構難以控制也是改性的一大難題。有學(xué)者將蛋白質(zhì)作為定型物質(zhì)插入堿基對之間，使DNA的結構可控性提高，且蛋白質(zhì)與DNA可共同促進(jìn)成骨。Sakurai等通過(guò)三氟代乙烷磺酰氯激活及自組裝技術(shù)將魚(yú)精蛋白和DNA鏈固定于種植體表面，經(jīng)體內外實(shí)驗證實(shí)，DNA與魚(yú)精蛋白形成了較穩定的結構，對種植體早期成骨（3周內）有積極作用，且對革蘭陽(yáng)性菌有明顯的抑制作用。

       目前生物改性的方法較多，大多采用一些媒介物質(zhì)偶聯(lián)，形成種植體-膜-生物活性物質(zhì)復合層結構。生物活性物質(zhì)的加入對骨細胞生長(cháng)增殖、致病菌控制等均直接有效，是一種更優(yōu)良的改性方法。但在使用生物改性物質(zhì)的同時(shí)，應注意摻入物種類(lèi)、劑量以及一定時(shí)間內釋放濃度的控制。生物改性后的藥物在短期內釋放僅影響早期骨修復，且局部生長(cháng)因子的短時(shí)間大量釋放可能產(chǎn)生一定的毒性反應，甚至導致疾?。ㄑ装Y、骨生成異常、纖維瘤、惡性腫瘤等）的發(fā)生。因此，在種植體表面形成控釋系統，使生物活性物質(zhì)緩慢、持續釋放仍是需要深入研究的熱點(diǎn)。

       （本文轉載中華口腔醫學(xué)雜志）