烧结方法依赖的羟基磷灰石(Hydroxyapatite, HA)涂层调控钛种植体表面人牙龈成纤维细胞行为的研究

《Materials》：Sintering Method-Dependent Hydroxyapatite Coatings Drive Enhanced Gingival Fibroblast Behavior on Titanium Implant Surfaces

　　

种植体表面优化旨在缩短骨结合(Osseointegration)过程时间并预防失败。本研究报道一种新型激光辅助方法将羟基磷灰石(HA)引入钛种植体表面并评估所得生物反应。采用Nd:YVO4激光织构化制备钛片，分别通过常规烧结(Conventional Sintering, CS)或激光烧结(Laser Sintering, LS)涂覆HA，分为7组：光滑钛(TiL)、0.25 mm及0.8 mm图案激光织构钛(TiT025、TiT08)，以及对应图案加CS涂层(TiT025CS、TiT08CS)或LS涂层(TiT025LS、TiT08LS)。将人牙龈成纤维细胞(HGF hTERT)接种于钛片，评估黏附、形态、活性和细胞因子分泌。单纯表面织构化在7 d内对成纤维细胞活性无显著影响(p > 0.05)。HA涂层使两种图案CS组细胞活性显著降低(p < 0.05)，而LS组未引起显著下降；LS组整体活性高于CS组(p < 0.05)。24 h扫描电镜(SEM)显示各组成活黏附细胞。整个3 d检测期内IL-1β分泌持续低于IL-10。经细胞活性归一化后结果一致：第1天各组IL-1β/活性及IL-10/活性比值相似；第3天所有组IL-1β/活性比值降低，TiT08显著低于TiT08CS(p < 0.05)；相反IL-10/活性比值在带涂层图案组(TiT025、TiT025CS、TiT025LS、TiT08、TiT08CS及TiT08LS)升高。综上，0.25 mm激光织构图案联合优化的HA烧结方法较0.8 mm图案引发更有利的细胞因子分泌谱，提示减轻促炎反应。

《Materials》刊载研究解读：烧结方法依赖的羟基磷灰石(Hydroxyapatite, HA)涂层驱动钛种植体表面增强的人牙龈成纤维细胞(Human Gingival Fibroblast, HGF)行为

一、研究背景与立题依据

牙科钛种植体的长期成功依赖于骨结合(Osseointegration)及周围软组织封闭(Peri-implant Biological Seal)的形成。目前部分病例仍存在骨结合失败、种植体周围炎及软组织界面愈合延迟等问题，其原因包括种植体表面化学惰性与天然骨/软组织不匹配、粗糙度过大会抑制牙龈成纤维细胞黏附、羟基磷灰石(HA)涂层与钛基底结合力弱且易剥脱等。单纯激光织构化可改变表面形貌但未必优化软组织响应；传统炉内常规烧结(Conventional Sintering, CS)高温可能改变HA晶相或残留应力，影响细胞相容性。因此研究人员拟探究Nd:YVO₄激光织构化形貌联合CS或激光烧结(Laser Sintering, LS)HA涂层对HGF活性、形态及炎性因子分泌的影响，以筛选更优表面改性方案。《Materials》刊登了此项体外细胞实验研究。

二、主要关键技术方法

研究人员以医用Ti-6Al-4V钛合金棒加工为直径8 mm、高约2.5 mm的圆片并抛光。采用Nd:YVO₄激光(λ=1064 nm，脉宽10 ns)在钛表面制备格子状沟脊织构，分0.25 mm节距(TiT025)与0.8 mm节距(TiT08)两组。浸涂纳米HA悬浮液(nanoXIM Hap400，0.133 g/mL)后分别以马弗炉950–1175 ℃保温1 h进行CS，或以CO₂激光(λ=1064 nm，最大功率50 W)进行LS，设7组：TiL(光滑钛)、TiT025、TiT08、TiT025CS、TiT025LS、TiT08CS、TiT08LS。表面经接触式粗糙度仪测Ra及接触角法测润湿性；培养永生化HGF hTERT细胞，Resazurin法测1/3/7 d细胞活力，SEM观察24 h细胞形态，ELISA定量1 d与3 d上清IL-1β及IL-10，计算细胞因子/活力比值；Shapiro–Wilk检验正态性，Two-way ANOVA＋Tukey事后检验(p<0.05为显著差异)。

三、研究结果

3.1. Surface Characterization——Surface Roughness and Wettability

仅对未涂层金属基底(TiL、TiT025、TiT08)行接触式粗糙度测定以防划伤HA层；TiT025的Ra处于文献推荐的成纤维细胞适宜黏附区间(≈0.08–1 μm)，TiT08粗糙度更高。各处理组接触角测量显示HA涂层提高表面能及亲水性。

3.2. Cell Viability

单纯激光织构化与光滑钛比第1天无显著差异(p>0.05)；第3天TiT08活力略低于TiL(p<0.05)，第7天TiT025回升。HA涂层使同图案下细胞活力较无涂层降低：TiT025CS第3、7天显著降低(p<0.05)，TiT025LS仅第7天显著降低(p<0.05)；TiT08CS第1天即显著降低(p<0.05)，TiT08CS与TiT08LS第3、7天均显著降低(p<0.05)。横向比较CS与LS组，相同图案下LS涂层整体细胞活力显著高于CS组(p<0.05)。

3.3. Cell Morphology

培养24 h后SEM显示所有表面均有黏附铺展的HGF，具典型梭形伪足及扁平形态；CS涂层组可见细胞数略少于其他组，但无异常形态学表现。

3.4. Interleukin 1β and Interleukin 10

raw浓度：整个3 d内IL-1β分泌低于IL-10。TiL与织构组间IL-1β无显著差异(p>0.05)；TiT025LS第1天IL-1β较TiT025略降低(p<0.05)，第3天组间无差异。IL-10第1天织构组与TiL无差异，第3天TiT08高于TiT025(p<0.05)；TiT025系列第3天TiT025与TiT025LS较第1天降低(p<0.05)；TiT08CS第3天IL-10低于TiT08LS(p<0.05)。

归一化比值(IL?1β/活力、IL?10/活力)：第1天各组无差异。第3天IL?1β/活力全组较第1天下降(p<0.05)，TiT08低于TiT08CS(p<0.05)。IL?10/活力第1天TiT08CS高于TiT08与TiT08LS(p<0.05)；第3天全组较第1天降低(p<0.05)，TiT025低于其HA涂层组TiT025CS、TiT025LS及TiT08(p<0.05)，提示HA涂层促进单位细胞抗炎症因子分泌。

四、讨论与结论总结

讨论部分指出：0.25 mm织构Ra接近成纤维细胞适宜黏附范围，较0.8 mm大粗糙度更利于细胞行为；HA涂层普遍降低绝对活力可能与未牢固结合颗粒脱落潜在细胞毒性有关，但LS因局部快速熔融形成更致密结合层，细胞相容性优于CS；IL?1β/活力降低及IL?10/活力升高表明0.25 mm织构联合HA烧结(尤LS/CS均可诱导HA整合)促使HGF向促愈合表型偏移，有助于建立稳定软组织屏障；未修饰TiL与TiT025抗炎因子分泌较弱。作者承认未进行涂层微观力学与溶出动力学表征，建议后续以非接触光学轮廓仪、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)补充。

结论(Conclusion)翻译：

尽管所设计的激光织构图案或HA涂层在绝对细胞活力上未超越光滑钛对照，但它们均能支持可接受的HGF黏附及生理形态。此外，0.25 mm激光织构图案联合优化的HA烧结能够诱导建立稳定种植体周围软组织封闭所需的、有利的持续性抗炎反应(IL?10上调)。