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纳米镍钛合金与钛钽复合表层新材料的生物相容性:体内外实验分析
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Ta 镍钛诺是镍和钛的等摩尔合金，最早是在20世纪60年代海军实验室开发热防护涂层的过程中获得的。在发现近15年后，人们发现镍钛合金是一种生物相容的材料，几年后，它被引入医学应用。目前镍钛诺被有效地用于外科、心脏病学、牙科等。这种医学应用的多样性是由于镍钛合金的独特性质，即形状记忆和超弹性。 尽管镍钛诺有其独特的特征，但它在生物体中的植入与钛的氧化和纯镍簇的形成有关。已知后一种元素是从这样的簇中进入生物体的。例如，在患者体内植入Amplatzer封堵器后，血浆中镍离子的浓度在短短一天内增加了2.5倍，从0.47纳克/毫升增加到1.27纳克/毫升，并在一个月内持续轻微增加。众所周知，即使是低浓度的镍离子也会促进过氧化和毒性作用，从而导致过敏反应，镍敏感患者有特殊的担心原因。 在这方面，艾因斯正在进行一项能够防止镍钛诺在植入时释放镍的技术的研究。 实验 材料：由纳米结构镍钛诺(55.91%钨/钨镍，44.03%钨/钨钛)制成的线。 体外实验：1、使用高特异性荧光探针香豆素-3-羧酸检测羟基自由基。2、使用鲁米诺-对碘苯酚-辣根过氧化物酶系统中的高灵敏度增强化学发光方法，测定过氧化氢。3、通过测量蛋白质溶液的热诱导(45℃，2小时)化学发光，测定长寿命活性蛋白质种类。4、来自人外周血管的肌成纤维细胞和人骨髓间充质基质细胞在DMEM (Sigma)的6孔板中生长，补充有2 mM Lglutamine、30 μg/ml庆大霉素和15% FBS (Gibco)，在CO2培养箱中，在37℃、5% CO2和95%室内空气的完全湿润气氛中。将材料碎片样品(25 × 25毫米)放入6孔板的孔中，每孔一个样品。然后将细胞接种在样品表面(每平方厘米5 × 103个细胞)，培养5天。对样品表面上的至少500个细胞进行计数以进行分析。有丝分裂指数(MI)计算为MI = (P + M + A + T)/N × 100%，其中(P + M + A + T)分别是发生在前期、中期、后期和末期的细胞数量，而N是计数的细胞总数。 体内实验：1、体重180-200克的雄性大鼠用于实验。动物在标准条件下饲养(温度21±3℃，湿度30-70%，光照时间12小时，饲料和水随意)。2、材料的生物相容性和生物稳定性的程度，以及受体周围组织钙化发展的可能性，使用了皮下生物材料植入的大鼠模型。3、研究初始状态(植入前，0天)和植入后60天。对于组织学研究，将材料碎片与周围组织一起移植，并在4℃的中性甲醛溶液(10%)中固定18小时。组织学基于三种不同类型的染色进行:1.苏木精(吉尔氏)和曙红标准染色；2.范吉森染色法，用于估计植入材料周围形成的纤维包膜的厚度和密度；3.McGeeRussell染色显示周围组织中可能钙化点的位置。4、植入前后周围组织碎片中的钙含量通过吸收光谱来估计。将外植的组织碎片在无Ca2+的PBS中洗涤24小时，并在100℃下干燥2小时。测量样品的干重，将矿化钙溶解在1 M盐酸中，随后用标准钙砷荧光试剂盒(偶氮胂ⅲ)使用TECAN Infinity F200测量矿化钙的量。 结果与讨论 体外实验：在镍钛诺存在下，过氧化氢的生成效率提高了三倍。未改性的镍钛诺对热诱导H2O2产生的影响不同于涂有钛或富钽表层的镍钛诺。钛或钽溅射降低了产生的过氧化氢的浓度；钽涂层使H2O2浓度降低约60%，而钛涂层仅降低约40%。 在镍钛诺存在下，羟基自由基的形成效率提高了9倍。钛或钽在镍钛诺上的溅射使羟基自由基的形成速率降低了4-5倍。因此，已经确定富含钛或钽的表面层显著防止热诱导产生诸如羟基自由基和过氧化氢等活性氧物种。 具有纳米尺寸钛或富钽表面层的镍钛诺对水溶液中热诱导形成过氧化氢(40с，200分钟)和羟基自由基(80с，120分钟)的影响(n = 3)*与NiTi组相比差异显著，p < 0.05NiTi无涂层镍钛诺，钛@NiTi镍钛诺覆盖钛层，钽@NiTi钽层 诱导蛋白质化学发光的方法证明在热(℃，2 h)的作用下形成长寿命的蛋白质自由基。 图1.具有钛或富钽表层的镍钛诺对热诱导形成长寿命蛋白质自由基的影响。数据是四个独立实验的平均值扫描电镜。 体内实验：通过皮下植入的方式在体内对由涂有富钛或富钽表层的镍钛诺组成的材料进行了生物相容性研究。在术后期间，所有动物的总体状态是令人满意的。 在人外周血管肌成纤维细胞和人骨髓间充质基质细胞中，在镍钛诺上生长的培养物的有丝分裂指数比在钛或钽表面生长的培养物的有丝分裂指数低2.0-2.5倍。 图2.具有富钛或富钽表层的镍钛诺对人外周血管肌成纤维细胞(空条)和人骨髓间充质干细胞(虚线条)在基底表面定殖的影响。数据是三个独立实验的平均值扫描电镜。 结论 艾因斯开发了一种获得基于涂覆有钽表面层的纳米结构镍钛诺的材料的技术。已经证明，就形成活性氧物种长寿命蛋白质自由基的能力而言，这种材料的毒性要小得多。已经确定，生长这种材料的人外周血管肌成纤维细胞和人骨髓间充质基质细胞显示出几乎两倍高的有丝分裂指数。通过植入由纳米结构镍钛诺制成并涂覆有富含钛或钽的表面层的材料获得的结果允许得出结论，与纯镍钛诺相比，它们在生物相容性方面更有利。样品表面的形态和成分不变。可以推测，具有钽的表面层的纳米结构镍钛诺是一种适用于医学应用的生物相容性材料。   |
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