氟涂层对 AZ31B镁合金植入初期降解作用的影响

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(1中国医科大学附属口腔医院,沈阳 110002;2中国人民解放军第 202医院;3中国医科大学盛京医院)

AZ31B镁合金是一种新型可降解骨支架材料。动物实验已证实其生物安全性以及骨诱导作用[1]。但 AZ31B镁合金植入初期降解速度快,影响了骨重建[2,3]。表面涂层是解决此类问题的常用方法。本研究观察了氟涂层对 AZ31B镁合金植入初期降解的影响。现报告如下。

1 材料与方法

1.1 材料 无涂层 AZ31B镁合金、氟涂层 AZ31B镁合金。高糖 DMEM培养基、电子分析天平、超纯水装置、CO2培养箱、酸度计、扫描电镜。

1.2 方法

1.2.1 模拟体液的配制 每组取 3个平行样品,在无菌条件下,按样品表面积溶液体积比为 3 cm2/ml,将消毒后的氟涂层(观察组)及无涂层(对照组)AZ31B镁合金分别置于初始 pH值为 7.2的 DMEM培养基中,中间不换液,在 37℃、5%CO2、湿度 99%的 CO2培养箱中浸泡。

1.2.2 模拟体液 pH值检测 分别于浸泡 1、3、5、7、14 d时,采用酸度计测量两组溶液 pH值。

1.2.3 AZ31B镁合金材料表面形貌观察 将浸泡前和浸泡7 d后氟涂层及无涂层AZ31B镁合金用导电胶粘到样品托上,准备真空镀膜台,抽高真空,镀金属膜,扫描电镜下观察材料表面形貌。

2 结果

2.1 两组不同浸泡时间模拟体液 pH值变化 对照组镁合金浸泡 1、3、5、7、14 d溶液 pH值分别为7.51±0.15、8.32±0.10、9.36±0.10、9.79 ±0.09、9.87±0.09,呈升高趋势;观察组溶液 pH值分别为7.29±0.07、7.44±0.06、7.47±0.11、7.65 ±0.11、7.74±0.08,各时点 pH值无明显变化。

2.2 两组镁合金表面形貌变化 扫描电镜下可见,对照组浸泡前镁合金表面相对光滑,观察组镁合金表面致密、光滑,有一些同向的纹理。浸泡 7 d后,对照组镁合金表面呈龟裂状,观察组镁合金氟涂层材料表面无明显改变,可见散在腐蚀凹陷。

3 讨论

多种疾病及创伤可造成骨缺损,修复方法包括骨移植及多种植入材料[3]。近年来镁合金作为骨植入材料开始逐渐受到关注[4]。镁可促进新骨组织生成[5,6],对调节细胞生长和维持膜结构有重要作用[7]。作为新型骨支架材料,镁合金的弹性模量与人骨密质密度及弹性模量相近,且具有较高比强度、比刚度、良好的吸收振动性及电磁屏蔽与机械加工性能。但镁合金植入初期可在体内快速降解,在含有氯离子的体液中降解生成镁离子被周围组织吸收,会使周围体液的 pH值升高,有可能导致溶血或产生细胞损害[8]。

AZ31B镁合金是一种新型可降解镁合金,与纯镁相比,降解速度更贴近临床要求,且机械加工性能更好。前期动物实验已证实 AZ31B镁合金在体内降解速度明显低于纯镁,且具有明显的骨诱导作用[1]。目前已有学者实现在 AZ31B镁合金表面采用化学法进行氟涂层。氟对全身骨骼生长发育和维持骨骼生理功能具有重要作用。微摩尔剂量的氟即可提高成熟的成骨细胞活性,使碱性磷酸酶活性升高,胶原合成和骨钙素合成增加[9],同时氟化物具有良好的抗菌性能。

本实验检测了氟涂层和无涂层的 AZ31B镁合金在 37℃骨细胞培养液 DMEM中浸泡前后溶液pH值变化和材料表面形貌改变,结果显示,对照组镁合金浸泡 1、3、5、7、14 d时溶液 pH值呈升高趋势,而观察组浸泡各时点的溶液 pH值无明显变化;观察组浸泡前镁合金材料表面较对照组更致密,且浸泡 7 d后对照组镁合金出现严重龟裂,而观察组变化较对照组轻,说明氟涂层可在一定程度上抑制AZ31B镁合金的初期降解作用,并保持模拟体液 pH值稳定,有利于保持其骨诱导作用。这可能与氟涂层不具有降解性有关,隔绝了培养液与 AZ31B镁合金的接触。

体外实验显示,对 AZ31B镁合金进行表面处理非常必要。与体内植入条件相比,镁在体外处于细胞培养液中,降解速度更快。然而,细胞培养液不具备实际人体大量体液的强大缓冲能力及自我调节机制,因此在体外细胞培养实验中,AZ31B镁合金降解会立即导致模拟体液 pH值变化,而在机体环境中,局部体液的变化会迅速伴随体液循环而被中和,因此本实验中测得的溶液 pH值变化发生时间与数值反映的是变化趋势,是体内效应的扩大化,为材料进一步改进提供依据。如何有效将体外降解实验结果在体内量化,还有待于进一步研究。

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