《Biomaterials Science》：Curcumin-loaded alkali-heat-treated titanium modulates macrophage inflammatory responsesOpen Access
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植入物-组织界面的慢性炎症是植入物失败的主要原因。因此，增强钛（Ti）表面的生物学反应对于促进早期骨整合以及提高植入物的长期稳定性至关重要。在本研究中，研究人员评估了碱热处理（alkali-heat-treated，AHT）Ti作为姜黄素（curcumin，C
植入物-组织界面的慢性炎症是植入物失败的主要原因。因此，增强钛（Ti）表面的生物学反应对于促进早期骨整合以及提高植入物的长期稳定性至关重要。在本研究中，研究人员评估了碱热处理（alkali-heat-treated，AHT）Ti作为姜黄素（curcumin，Cur）——一种天然抗炎化合物——可控递送平台的可行性。研究人员在体外（in vitro）考察了姜黄素的释放动力学以及负载姜黄素的AHT Ti表面与RAW264.7巨噬细胞之间的相互作用。研究采用多种聚合物涂层策略来调节姜黄素的释放。聚乳酸-羟基乙酸共聚物（poly(lactic-co-glycolic acid)，PLGA）的存在在生理（pH 7.4）和酸性（pH 5.0）条件下均减少了姜黄素的释放，未涂层AHT样品在Study 1中表现出最大的累积释放量（约21.3 μg）。将姜黄素负载量从100 μg增加到300 μg，在pH 7.4和pH 5.0条件下均导致释放量下降，而聚乙二醇/聚己内酯（polyethylene glycol/polycaprolactone，PEG/PCL）涂层的引入则增强了姜黄素的逐渐释放（Study 2）。将姜黄素负载量从50 μg增加到100 μg和300 μg，提高了姜黄素释放总量，其中300 μg组表现出更平缓的释放曲线。然而，随负载量增加，姜黄素释放百分比下降（Study 3）。当巨噬细胞培养在Ti表面时，AHT样品表现出比抛光（polished，P）对照组更高的细胞活力，而姜黄素的存在以剂量依赖方式降低细胞活力。与抛光表面相比，培养在AHT表面的巨噬细胞在24 h时促炎标志物表达短暂升高，但至48 h时这些标志物的表达降低。值得注意的是，姜黄素在基因和蛋白质水平均显著降低促炎细胞因子表达，并抑制暴露于炎症刺激的巨噬细胞中NF-κB的激活。总体而言，AHT Ti表面姜黄素的持续和可控释放在很大程度上取决于姜黄素负载量以及聚合物涂层的存在和组成。此外，AHT和姜黄素均显著降低巨噬细胞的炎症反应，表明负载姜黄素的AHT Ti平台作为一种免疫调节表面，具有改善Ti植入体生物学性能和长期成功率的潜力。
钛及钛合金因其优异的生物相容性、耐腐蚀性和力学稳定性，被广泛用于骨科和牙科植入体。然而，随着全髋关节和全膝关节置换术数量的预计增长，植入体失败问题日益突出。钛材料本身对成骨的刺激较弱，早期骨整合不足可导致微动、纤维组织形成、植入体不稳定乃至失败；慢性炎症还会引发假体周围骨溶解和无菌性松动。因此，改善钛表面的生物学响应、尤其是调控植入体界面早期的免疫炎症微环境，是促进早期骨整合和长期稳定的关键。碱热处理（alkali-heat treatment，AHT）是一种相对简单的化学改性方法，可形成反应性钛酸盐表面层，促进羟基磷灰石成核并增强亲水性，已被证明能加速成骨细胞成熟和骨重塑。同时，AHT形成的多孔反应性结构也为功能涂层和局部药物递送提供了平台。姜黄素（curcumin，Cur）因具有抗氧化、抗炎、抗菌和骨再生特性，是植入体局部递送的理想候选，但其疏水性强、水溶性差、生物利用度有限，直接沉积难以实现可控释放。生物相容性聚合物如聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）、聚己内酯（PCL）和聚乙二醇（PEG）可通过调节亲水性和降解行为影响释药动力学。然而，涂层方法、聚合物组成和药物负载量对姜黄素释放行为的影响仍不清楚。巨噬细胞作为植入后最先响应的免疫细胞，其极化方向决定了组织走向慢性炎症还是愈合修复。基于此，研究人员开发了负载姜黄素的AHT钛表面，系统评估不同聚合物涂层策略对释放曲线的影响，并考察释放的姜黄素对巨噬细胞炎症反应的调控作用。研究表明，姜黄素释放高度依赖负载量、聚合物涂层存在及组成和pH条件；AHT和姜黄素均能显著抑制巨噬细胞的炎症反应，该平台具有改善钛植入体生物学性能和长期成功率的潜力。
在方法上，研究人员使用商业纯钛（CP-Ti grade #2，President Titanium，MA，USA）圆片，经抛光后在7.5 M NaOH溶液于60 ℃处理24 h，再经600 ℃加热1 h制备AHT表面。姜黄素通过滴加法（DbD）负载，设计了三个递送系统：Study 1为100 μg姜黄素±PLGA涂层，Study 2为300 μg姜黄素±PEG/PCL双涂层，Study 3为50/100/300 μg姜黄素搭配PEG的混合或涂覆方式；释放实验在pH 7.4和5.0条件下进行，使用紫外-可见分光光度计在430 nm波长测定释放量，并用扫描电子显微镜观察释放后表面形貌。细胞实验使用NF-κB荧光素酶报告基因RAW264.7稳定细胞系（T3015；Applied Biological Materials），以100 ng mL
?1脂多糖（LPS）和25 ng mL
?1干扰素-γ（IFN-γ）诱导M1极化，以肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-1β（IL-1β）和IFN-γ组成的TII混合物激活NF-κB通路。评估手段包括细胞活力测定（CellTiter-Glo? 2.0）、激光共聚焦显微镜（F-actin和NF-κB p65免疫荧光）、qRT-PCR（Il1b、Il6、Nos2）、ELISA（IL-6、TNF-α）和NF-κB报告基因实验。
3.1 姜黄素释放研究
3.1.1 Study 1：PLGA外涂层对100 μg姜黄素负载AHT CP-Ti的影响
所有组均呈现先快速突释后缓慢释放的曲线。未涂层pH 7.4组24 h释放约17.7 μg，96 h达约21.3 μg；未涂层pH 5.0组24 h释放约11.1 μg，96 h达约16.5 μg。PLGA涂层在两种pH下均降低释放总量并减少突释，pH 7.4组96 h仅约6.0 μg，pH 5.0组约12.5 μg。扫描电镜显示，未涂层pH 5.0表面残留针状或星状晶体样沉积物，而PLGA涂层组表面呈连续膜状并分布圆形液滴样结构，表明pH值和PLGA涂层共同影响释放后表面形态。
3.1.2 Study 2：PEG/PCL双涂层对300 μg姜黄素负载AHT CP-Ti的影响
在360 h释放期内，所有组的百分比释放均较低，最终为3.63%～5.63%。PEG/PCL pH 7.4组最终累积释放最高（约16.9 μg），未涂层pH 7.4组最低（约10.9 μg）。PEG/PCL涂层在早期仅略微抑制突释，但在后期允许更大的累积释放，表明该涂层并非单纯扩散屏障，而是PEG亲水促进水合、PCL疏水提供扩散阻力共同作用的结果，使释放曲线趋于平缓并延长药物可及性。
3.1.3 Study 3：聚合物加载方式和姜黄素负载量对AHT CP-Ti释放的影响
未涂层组中，负载量增加提高了绝对释放量（300 μg组最终约20.0 μg），但显著降低了百分比释放（300 μg组约6.7%，50 μg组约16%）。姜黄素与PEG混合加载（50/P）时突释和总释放均最高，而PEG后涂覆（50＋P）与未涂层50 μg组差异不大。对于300 μg组，PEG混合（300/P）在释放后表面残留物最少且分布均匀，后涂覆PEG（300＋P）残留物最多。这表明PEG与姜黄素混合可改善疏水药物分散和水合，而后涂层作用相对有限。
3.2 巨噬细胞体外相互作用
3.2.1 表面处理对巨噬细胞形态的影响
激光共聚焦显微镜显示，抛光表面上的巨噬细胞铺展充分，具有明显的肌动蛋白富集突起和较高垂直轮廓；AHT表面的细胞贴壁但呈圆形扁平形态，铺展减少。姜黄素负载不显著改变AHT表面的细胞附着和形态特征。
3.2.2 钛表面性质和姜黄素处理对细胞活力的影响
AHT表面巨噬细胞代谢活性显著高于抛光表面。姜黄素以剂量依赖方式降低细胞活力：150 μg mL
?1组降至抛光水平；75和37.5 μg mL
?1组仍保持高于抛光表面的活力，且两组间无显著差异。因此后续炎症实验选用75和37.5 μg mL
?1。
3.2.3 表面性质和姜黄素对经典活化（M1）型巨噬细胞的影响
在M1极化条件下，24 h时AHT表面巨噬细胞的促炎基因（Il1b、Il6、Nos2）表达高于抛光表面，但48 h时这些标志物的表达下降，表现出时间依赖性炎症调节。姜黄素负载在24 h和48 h均显著下调M1相关基因表达，48 h时37.5 μg mL
?1剂量进一步降低Il6表达。蛋白质水平上，AHT表面巨噬细胞分泌的IL-6和TNF-α较抛光表面减少，姜黄素进一步降低TNF-α分泌，表明AHT与姜黄素具有叠加的抗炎协同效应。
3.2.4 表面性质和姜黄素对巨噬细胞NF-κB活性的影响
基础条件下，AHT表面巨噬细胞的NF-κB报告基因活性显著低于抛光表面，共聚焦成像也显示AHT表面p65信号较低。经TII炎症刺激后，抛光表面p65核转位明显增强；姜黄素（37.5 μg mL
?1）处理显著减少磷酸化p65的核转位，报告基因活性也显著低于抛光和未处理AHT组。这表明AHT降低基础NF-κB激活水平，而姜黄素进一步抑制炎症诱导的NF-κB信号。
讨论部分指出，pH影响姜黄素释放的机制涉及姜黄素的质子化状态和AHT表面羟基的氢键作用；PLGA涂层通过扩散屏障和酸性条件下降解加速来调节释放；PEG/PCL混合系统通过亲水性PEG和疏水性PCL的竞争作用延长释放；高负载量时姜黄素在表面形成疏水聚集域，导致释放百分比下降，而PEG混合可改善药物分散。巨噬细胞实验表明，AHT表面的抗炎作用随时间增强，姜黄素的抗炎效果主要通过抑制NF-κB通路实现，且并非仅由细胞活力降低引起。研究结论认为，AHT和姜黄素负载AHT表面能有效调节巨噬细胞功能，兼具良好的细胞相容性和强效抗炎效应，有望通过减弱M1巨噬细胞激活来营造更有利的早期炎症微环境。未来需进一步研究巨噬细胞对成骨细胞的影响以及体内植入整合效果，以验证其转化应用价值。
