[发明专利]基因活化钛材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛材及其制备方法。 

背景技术

钛材是常用的医用金属材料，由于其良好的生物相容性和机械性能，早在20世纪中期就被用于医用领域，并于70年代作为植入材料开始获得广泛应用。随着生物技术和生物医学的发展，钛材在人体植入体、替代装置和人体器官等方面的应用获得了重大突破，主要是用作牙科植入体、人工关节及牙齿植入支架等(Mater Sci Forum，2003；416：669-674.)(J Mater Chem 2004；14：2282-2290)。 

钛材属于生物惰性生物材料，一方面，材料表面的生物惰性赋予钛材良好生物相容性。但是另一方面，这种惰性也使得钛材的应用受到了挑战，因为惰性的钛材表面与骨的结合是一种机械锁合方式，植入后组织反应表现为非特异性和随机性(Biomed Pharmacother，2006，60(8)：365-369)，使得钛材植入体不能与骨组织形成牢固的、长期稳定的结合，容易引发炎症、移位等问题，导致植入失败。因此，如何使钛材表面具有生物活性，改善钛材的生物相容性和骨的结合能力，是钛材研究设计中的首要问题。 

目前，为提高钛材表面生物活性，主要使用的是表面涂层、生化修饰等方法。研究较多的涂层技术是在钛材表面进行羟基磷灰石涂层。在钛材表面形成一层生物活性的羟基磷灰石可以提高钛材种植体的表面活性。早在1991年，L.L.Hench等证实钛材表面的羟基磷灰石涂层能加强钛植入体与宿主骨之间的固定作用，促使骨细胞向植入体生长(J Am Ceram Soc 1991；74：1485-1510.)。而生化修饰是获得具有活性的钛材表面的另一有效途径。Le Guillou-Buffello D等证实经RGD修饰的钛材表面更有利于成骨细胞的粘附、铺展、分化已经存活等生物学行为(Tissue Eng Part A.2008，14(8)：1445-55)。 

这些方法在一定程度上改善了钛材的生物相容性和骨结合能力，但是这些方法仍不能使钛材具有良好的骨诱导性能，钛材难以主动的与机体结合并调控骨细胞粘附、增值、迁移及分化等生物行为，使得钛材无法具有与骨组织发生良好骨结合的能力。 

壳聚糖是甲壳质经脱乙酰基而得到的一种天然阳离子多糖(pKa＝6.3)，具有可降解性、良好的生物相容性及一定的抗菌等优异性能，广泛应用于组织工程、药物释放等领域。pEGFP-hBMP2质粒是一种重组质粒，可在真核细胞内表达绿色荧光蛋白和骨形态发生蛋白，绿色荧光蛋白用来监控转染效率，骨形态发生蛋白属于骨诱导生长因子，可诱导骨源性细胞向骨细胞生长，促进骨生成。壳聚糖与质粒pEGFP-hBMP2形成的多层膜可以在生理条件下发生降解，使得质粒DNA或壳聚糖-质粒DNA颗粒在长时间内持续产生，维持质粒DNA的浓度。生长在这种基因活化的钛材表面的细胞(如骨髓基质干细胞)吸收复合颗粒后，在较长的时间内使质粒DNA持续表达并合成功能蛋白——骨形态发生蛋白，原位诱导骨髓基质干细胞向成骨细胞的生成，赋予钛材主动与骨组织发生良好的骨结合能力。 

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种基因活化钛材，具有良好的生物相容性及骨诱导性能，能够提高宿主骨细胞的转染率，有效地调控基因释放并增强细胞活力，诱导骨细胞的生成，从而使钛材本体能够主动与骨组织发生良好结合。 

本发明所述的基因活化钛材，包括钛材本体，钛材本体表面由内向外依次间隔覆有pEGFP-hBMP2质粒层和壳聚糖层形成活化层。 

进一步，所述钛材本体由医用钛材制得，所述活化层中pEGFP-hBMP2质粒层和壳聚糖层的总层数为9-21层。 

本发明的目的之二是提供制备所述基因活化钛材的方法，包括如下步骤：(1)将所述钛材本体浸于聚乙烯亚胺溶液中10-20分钟后，用去离子水浸泡1-3次，每次1-2分钟； 

(2)将步骤(1)所得钛材本体浸入含有质粒pEGFP-hBMP2的磷酸盐缓冲液中10-20分钟后，用去离子水浸泡1-3次，每次1-2分钟； 

(3)将步骤(2)所得钛材本体浸于壳聚糖的乙酸溶液中10-20分钟后，用去离子水浸泡1-3次，每次1-2分钟； 

(4)依次重复步骤(2)和步骤(3)，直至得到所需基因活化钛材。 

进一步，所述聚乙烯亚胺溶液中所含组分及相应组分在溶液中的浓度分别为：氯化钠100-150mM和聚乙烯亚胺2-5mg/ml；