[发明专利]一种骨诱导及免疫双效涂层及制备方法和在骨整合的应用

说明书

本发明提供了一种骨诱导及免疫双效涂层及制备方法和在骨整合方面的应用。本发明提供的方法是借助贻贝分子介导金属‑酚配位化学和生物正交反应策略，设计了一种具有免疫调节活性和骨诱导的双效涂层的骨内植物。通过贻贝分子表面粘附化学、离子配位和生物正交反应将具有免疫活性的Zn²⁺和骨诱导性能的BMP‑2肽共同修饰在骨内植物的表面，发现该Zn/BMP‑2双效应涂层可以更好地改善骨内植物的生物相容性，促进巨噬细胞向抗炎M2表型的极化，协同改善骨‑内植物界面的免疫微环境诱导骨‑内植物界面的最佳成骨性能和骨整合效应，从而提高体内的机械稳定性。

技术领域

本发明属于医用植入材料表面处理技术领域，具体涉及一种骨诱导及免疫双效涂层及制备方法和在骨整合的应用。

背景技术

金属、聚合物或陶瓷等生物材料作为骨替代物广泛应用于骨折内固定、关节置换术、脊柱重建等临床手术治疗中。然而，这些外源性生物植入材料很难完全适应组织损伤引起的组织反应，并在骨-内植物界面创造利于骨整合的生理微环境，究其主要原因在于骨整合过程的复杂性。组织再生的研究表明，骨整合的过程也涉及三个不可或缺的阶段：(1)组织炎症反应阶段；(2)成骨细胞增殖和新骨组织形成阶段；(3)骨的重塑和成熟阶段。然而，以往对生物材料的设计为了尽可能地避免宿主的炎症免疫反应，或者在骨植入材料表面更好地诱导成骨，这种单一方面的考虑并不能完全适应生物材料植入后的体内微环境的变化，从而导致体外和体内的结果并不完全一致。

近年来，随着骨免疫学的深入研究，除了内植物表面的直接诱导成骨的能力以外，骨-内植物界面的免疫微环境在骨整合的过程中也起着非常重要作用。通过调节材料表面物理性质(例如，形貌、亲/疏水性、电荷等)、结合细胞因子(例如，白介素-4(IL-4)、LipoxinA4(LxA4等)或负载无机金属活性离子(例如， Ca²⁺，Zn²⁺，Sr²⁺等)，均可调控周围组织的免疫微环境达到增强体内骨整合效应的作用。以上研究均表明了免疫调节的双重性：一方面，巨噬细胞和其他免疫细胞可以清除细胞碎片，对抗微生物，激活炎症和促进纤维化；另一方面，巨噬细胞还可以通过激活干细胞/祖细胞和重塑细胞外基质来协同促进组织愈合过程。因此，新一代骨内植物的设计应该考虑直接诱导成骨和免疫调节的双重生物学功能，以精确地适应骨组织再生的复杂过程，并在骨-种植体界面实现更加满意的骨整合效应。

理想的骨植入材料应具备良好的骨诱导性能和骨免疫调节活性功能。表面生物工程策略代表一类通过简单的方法可赋予各种生物材料表面活性及多重生物学功能，能够满足生物功能多样性的要求。因此，能够共同调节干细胞/祖细胞和免疫细胞的多功能骨内植物可以很容易地通过表面生物工程策略对生物材料表面共修饰获得，进而可营造利于内植物-骨界面骨整合的微环境。

迄今为止，各种物理或化学手段已被广泛用于表面生物工程策略的开发。例如，层层自组装和Langmuir-Blodgett沉积硅烷化、阳极氧化、酸蚀和离子掺杂等技术广泛应用于不同生物活性基团(例如肽、蛋白质甚至离子)来功能化修饰骨内植物表面，使其具有独特的生物活性。由于物理方法存在不同程度的分子泄漏和缺乏长期的生物活性，因此目前骨内植物表面生物工程策略主要依赖于化学结合的方法。然而，这些传统的化学方法大多涉及繁琐的化学反应以及复杂的表面处理技术。除了对生物活性分子存在潜在的损伤外，复杂的过程也使得它们可控性低和操作性差而难以应用于多组分的表面修饰。在这种情况下，寻求一种简单且生物相容性好的表面工程化策略能够有效地结合多种生物学功能，特别是对于适应骨组织再生复杂的生理过程而设计的具有免疫调节和直接诱导成骨的双重生物学功能的仿生涂层具有重要的临床意义。