鈦植入體骨免疫調控機理研究取得進展

鈦及鈦合金是常用的骨植入材料，當其植入人體后，體內免疫系統會識別為外來的異物，產生免疫反應。巨噬細胞是骨免疫反應的主要效應細胞，其功能性表達會影響隨后的成骨細胞系行為。鈦植入體表面的二氧化鈦（TiO₂）鈍化膜是植入體直接與巨噬細胞接觸的物質，對于骨整合具有重要意義。

近日，中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員鄭學斌與曹韞真等開展合作，在鈦植入體對巨噬細胞炎癥功能調控的機理研究中取得新進展。研究人員利用原子層沉積技術結合紫外輻照及自組裝單分子層方法，在不改變植入體表面形貌的基礎上構建TiO₂親水薄膜和疏水薄膜，并形成親水與疏水條帶相間的結構。結果表明，相比于疏水表面，親水TiO₂薄膜表面更有利于巨噬細胞向抑炎癥的M2極化表型轉變，在親/疏水條帶相間表面能清晰觀察到巨噬細胞形態的差異。M2型巨噬細胞通過分泌較多的相關因子促進前成骨細胞的成骨分化和礦化，對骨組織修復產生有利影響。

相關機理研究發現，TiO₂薄膜表面的親水性可通過影響兩種特異性蛋白（纖連蛋白/FN和纖維蛋白原/FG）的構象來調節巨噬細胞的炎癥功能。親水表面的FN活性更高，細胞識別位點RGD更加暴露；而疏水表面的FG活性更高，γ鏈中細胞識別位點P1、P2片段更加暴露。巨噬細胞通過β1和β2整聯蛋白分別識別FN和FG，因此親水表面巨噬細胞β1整聯蛋白表達較高，而疏水表面β2整聯蛋白更易表達。進一步研究表明，β1和β2整聯蛋白能夠分別激活細胞內PI3K/Akt信號通路和NF-κB信號通路，相應地促進細胞向抑炎癥（M2）和促炎癥（M1）表型極化。

相關研究結果以Unveiling the Mechanism of Surface Hydrophilicity-Modulated Macrophage Polarization 為題發表在Advanced Healthcare Materials. 2018, 1800675 (DOI:10.1002/adhm.201800675)雜志上，論文第一作者為上海硅酸鹽所在讀博士研究生呂林。

該工作得到國家自然科學基金、上海市科委等的資助與支持。