一种具免疫调节功能的骨植入体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种具免疫调节功能的骨植入体及其制备方法和应用。所述骨植入体的表面具有尺寸为亚微米级的凸起。这种亚微米结构表面能够抑制免疫细胞的炎症反应，促进免疫细胞向抑炎症、促成骨愈合的方向极化，具有优良的调节骨植入体表面免疫反应的性能。

A bone implant with immunoregulatory function and its preparation method and Application

The invention relates to a bone implant with immunoregulatory function, a preparation method and application thereof. The surface of the bone implant has a protuberance of sub-micron size. This submicron structure surface can inhibit the inflammatory response of immune cells, promote the polarization of immune cells towards anti-inflammation and bone healing, and has excellent performance in regulating the surface immune response of bone implants.

【技术实现步骤摘要】
一种具免疫调节功能的骨植入体及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种具免疫调节功能的骨植入体及其制备方法和应用，具体说，是涉及一种表面具有亚微米结构的骨植入体，其具有促进免疫细胞向抑炎症、促成骨愈合方向极化的能力，可减缓骨科植入体炎症反应，属于生物医用

技术介绍
随着人口老龄化进程的加速以及骨科疾病、创伤和交通事故等导致的骨缺损逐渐增加，骨植入材料的需求越来越大。植入体进入人体后，受体免疫反应在其骨整合过程中起到重要作用，持续的免疫反应会导致严重的异物反应、肉芽肿和纤维包囊化，最终使得慢性炎症发生和植入体失败。如果能够对植入体表面免疫细胞行为进行调控，抑制其炎症反应，调控其免疫反应向促成骨愈合方向转化，则能够提高植入体的骨整合性能。因此，研究一种能够调节免疫反应的表面具有重要意义。骨是由骨细胞、骨胶原纤维和骨基质组成的天然无机/有机复合体，具有丰富的亚微米尺度上的拓扑结构。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术中所存在的缺陷问题，提供一种具免疫调节功能的骨植入体及其制备方法和应用。本专利技术人发现，从仿生角度出发，通过表面形貌控制，在植入体表面构建亚微米结构，有望调节表面的免疫反应，提高其骨整合性能。一方面，本申请提供一种骨植入体，所述骨植入体的表面具有尺寸为亚微米级的凸起。这种亚微米结构表面能够抑制免疫细胞的炎症反应，促进免疫细胞向抑炎症、促成骨愈合的方向极化，具有优良的调节骨植入体表面免疫反应的性能。较佳地，所述凸起呈规则排列，优选为六方排列或正方排列。较佳地，所述凸起的尺寸为50～800nm，优选为50～600nm。较佳地，所述凸起的高度为100～1000nm，所述凸起的间距为100～1600nm。较佳地，所述凸起的截面为圆形、方形、三角形或不规则多边形。第二方面，本申请提供一种调节骨植入体表面免疫反应的方法，在骨植入体的表面形成尺寸为亚微米级的凸起。第三方面，本申请提供一种骨植入体的制备方法，在刻蚀有尺寸为亚微米级的凹坑的硅表面浇注骨植入体材料，固化后剥离，得到骨植入体。第四方面，本申请提供上述骨植入体在制备硬组织的修复与替换材料中的应用。附图说明图1分别为对比例及实施例1、2不同放大倍数下的扫描电镜照片；图2分别为对比例及实施例1、2的接触角测试照片，其中(a)为对比例制备的平PDMS表面，(b)为实施例2制备的具有直径780nm圆柱形突起的PDMS表面，(c)为实施例1制备的具有直径290nm圆柱形突起的PDMS表面；图3分别为对比例及实施例1、2表面巨噬细胞粘附形貌；图4分别为对比例及实施例1、2表面巨噬细胞的炎症及促成骨相关因子表达情况，其中TNF-α、IL-6、IL-1β为促炎症因子；IL-10和IL-1ra为抑炎症因子；BMP-2为促成骨相关因子；图5分别为对比例及实施例1、2表面巨噬细胞的极化表型，其中CD11c是促炎症极化表型的标志物；CD206是抑炎症极化表型的标志物。具体实施方式以下通过下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。本专利技术一实施方式提供一种骨植入体，其表面形貌为亚微米结构。优选地，该亚微米结构为尺寸在亚微米级别的凸起。所述凸起优选为呈规则排列，例如六方排列或正方排列。凸起的截面可以为圆形、方形、三角形或不规则多边形等各种形状。凸起的尺寸(截面上的尺寸)可在50～800nm范围内。优选地，凸起的尺寸在50～600nm范围内，在该范围内能够更好地促进表面免疫细胞的伸展，促进表面免疫细胞向抑炎症、促成骨愈合的方向极化。更优选地，凸起的尺寸在250～350nm范围内。凸起的高度可在100～1000nm范围内，优选为200～800nm。凸起的间距可在100～1600nm范围内，优选在100～1200nm范围内，更优选在400～800nm范围内。骨植入体的材质不限，例如可为钛合金，镁合金，不锈钢，聚醚醚酮等。本实施方式中，亚微米结构能够促进表面免疫细胞的伸展。另外，亚微米结构能够促进表面免疫细胞向抑炎症、促成骨愈合的方向极化。具体而言，实验证明：RAW264.7巨噬细胞在亚微米结构表面能够很好地伸展，细胞的促炎症因子基因表达下降，抑炎症因子和促成骨相关因子的表达上升；流式结果证实在亚微米结构表面细胞的促炎症标志物的阳性表达比例低，抑炎症标志物的阳性表达比例高。这表明亚微米结构能够调控巨噬细胞向抑炎症、促成骨愈合方向极化。本专利技术一实施方式提供能够调节骨植入体表面免疫反应的方法，即，在骨植入体表面制备一种亚微米级结构。该亚微米结构可如上所述。上述亚微米结构可采用光刻蚀、离子束刻蚀、电子束刻蚀、模板翻模等方法制备得到。其中，优选采用模板翻模法。与其它制备方法相比，这种方法的优点在于其操作简单、快速、成本低廉，且不需要大型设备的辅助，环境条件要求低。一个实施方式中，在刻蚀有尺寸为亚微米级的凹坑的硅表面浇注骨植入体材料，固化后剥离，得到所述骨植入体。固化方式可为加热等。一个示例中，利用硅模板进行聚二甲基硅氧烷橡胶(PDMS)翻模，得到具有亚微米结构的PDMS表面。具体而言，利用刻蚀有亚微米图案的硅作为模板，在其表面浇注聚二甲基硅氧烷橡胶(PDMS)，通过加热固化后将其剥离，硅片上的图案转移到PDMS表面上，从而得到表面具有亚微米结构的PDMS翻模。硅上的亚微米图案与骨植入体表面的亚微米结构互补。通过调节硅上的硅上的亚微米图案的尺寸，可以调节骨植入体表面的亚微米结构的尺寸。亚微米图案可通过光刻蚀、离子束刻蚀或电子束刻蚀等方法形成。本专利技术具有如下有益效果：1)本专利技术的制备方法具有操作简单、快速、成本低廉，环境条件要求低等优点；2)本专利技术提供的亚微米结构能够促进免疫细胞向抑炎症、促成骨愈合的方向极化，可有效抑制骨植入体的免疫反应，促进植入体与受体骨组织间的快速整合，加速骨组织功能修复。下面进一步例举实施例以详细说明本专利技术。同样应理解，以下实施例只用于对本专利技术进行进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，本领域的技术人员根据本专利技术的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本专利技术的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。实施例1A：Φ290nm圆柱凸起亚微米结构制备与表征采用表面有直径290nm、深500nm垂直凹坑的硅片作为模板，凹坑呈六方排列，凹坑的间距为600nm。将Sylgard184PDMS和其固化剂(DowCorning公司)以质量比10∶1混合均匀，放入真空干燥箱中抽真空30min，完全除去混合物中气泡后，将混合物浇注到Si模板上。在室温下静置2h后，置于烘箱中于60℃固化3h。冷却至室温后将已经固化的PDMS揭下，硅片上的图案就已转移到PDMS表面，得到表面具有Φ290nm圆柱凸起亚微米结构的PDMS，备用。图1为具有Φ290nm圆柱凸起亚微米结构PDMS(实施例1)及对比例、实施例2的SEM形貌照片，可以看出实施例表面具有六方排列的圆柱凸起，排列均匀，证实硅模板上的图案被较好地复制到了PDMS表面。图2为具有Φ290nm圆柱凸起亚微米结构PDMS(实施例1)及对比例、实施例2的接触角测试照片，可以看出三种表面均本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有免疫调节功能的骨植入体，其特征在于，所述骨植入体的表面具有尺寸为亚微米级的凸起。

【技术特征摘要】
1.一种具有免疫调节功能的骨植入体，其特征在于，所述骨植入体的表面具有尺寸为亚微米级的凸起。2.根据权利要求1所述的骨植入体，其特征在于，所述凸起呈规则排列，优选为六方排列或正方排列。3.根据权利要求1或2所述的骨植入体，其特征在于，所述凸起的尺寸为50～800nm，优选为50～600nm。4.根据权利要求1至3中任一项所述的骨植入体，其特征在于，所述凸起的高度为100～1000nm，所述凸起的间距为100～1600nm，优选为100～12...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢有桃，吕林，李恺，赵君，曹韫真，郑学斌，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31