功能性VEGF-Si/HA-TiO2纳米管复合涂层促进骨支架血管化与成骨再生的协同调控研究

本文推荐一种通过硅掺杂羟基磷灰石（Si/HA）复合二氧化钛纳米管（TNTs）负载血管内皮生长因子（VEGF）的功能化涂层策略，该涂层通过调控晶体结构（柱状垂直排列）增强机械互锁与静电吸附能力，实现VEGF缓释（28天达1.22 μg/ml），显著促进骨髓间充质干细胞（BMSCs）和人脐静脉内皮细胞（HUVEC）的增殖、成骨分化和血管生成，为钛基植入体功能化提供了新思路。

　　

Section snippets

Preparation of titanium porous bone scaffolds

本研究基于三周期极小曲面（TPMS）设计了G型旋转体结构的多孔钛支架，其具有可调周期性，为细胞增殖提供充足空间并支持成骨。支架尺寸为φ6 × 6 mm，孔隙率75%，平均孔径700 μm，力学性能和生物相容性接近天然骨组织。

Preparation of TiO₂ nanotube coating on porous Microsurfaces

通过阳极氧化在多孔支架表面合成二氧化钛（TiO₂）纳米管。如图3所示，纳米管在曲面上呈现均匀分布、紧密排列且垂直取向的结构。管口平坦，平均管长7.56 μm，管径约180 nm。然而，在不同曲率区域观察到TiO₂纳米管形态的差异：高曲率区域因电场集中导致纳米管直径和长度增加，而低曲率区域则形成更短且排列更规则的纳米管阵列。

Conclusion

我们开发了一种功能化VEGF-Si/HA-TNTs复合涂层钛基支架，以促进骨缺损修复。结果表明，TNTs均匀分布于钛基底曲面上，管口平坦，管长7.56 μm，管径约180 nm。TNTs生长强烈受局部曲率和支架孔径调控：高曲率区域因电场增强产生更大直径和长度的纳米管，而低曲率区域形成更短且有序的阵列。硅掺杂使羟基磷灰石（HA）晶体从不规则形态转变为柱状垂直排列结构，显著增强涂层机械互锁能力和VEGF静电吸附能力，实现持续释放（28天达1.22 μg/ml）。细胞实验证实VEGF与硅的协同释放显著促进BMSCs和HUVEC的增殖、成骨分化和血管生成活性。