科研成果
種植科研究團隊新發(fā)現：新型抗菌/促成骨表面修飾策略可降低種植體周圍炎風險
近日，北京口腔醫(yī)院孫玉潔副主任醫(yī)師/耿威教授團隊與北京化工大學材料科學與工程學院的徐福建教授/段順教授團隊合作在《Advanced Functional Materials》（Q1區(qū)，IF=18.5）上發(fā)表了題為“Bone Implants with Promoted Antibacterial and Osteointegration Performances via a One-Step Surface-Bioactivation Strategy Based on Polyphenol-Amine Chemistry”的研究論文。這一研究不僅為種植體的表面功能化提供了創(chuàng)新性解決方案，還具有廣泛的材料表面改性應用前景，對其他醫(yī)用植入材料的開發(fā)具有借鑒意義。
種植牙已成為牙齒缺失治療的核心方法，其關鍵在于種植體與骨組織形成穩(wěn)定的骨結合。然而，由于口腔是一個復雜的有菌開放環(huán)境，其中超過700種不同細菌共同存在，細菌在種植體表面粘附并形成菌斑生物膜是導致種植體周圍炎并最終導致骨結合失敗的重要原因。因此，在種植體植入后，種植體表面是細胞優(yōu)先粘附還是細菌優(yōu)先粘附，決定了種植治療的成?。喝艏毎麅?yōu)先粘附、增殖并向成骨方向分化，則有利于骨結合形成，確保種植成功；反之，細菌的優(yōu)先粘附則可能引發(fā)菌斑生物膜的形成，導致種植體周圍炎及骨結合失敗。
目前，促進細胞粘附的種植體表面修飾方法多種多樣，但存在一個普遍挑戰(zhàn)——由于細菌和細胞在結構上具有一定相似性，一些增強細胞粘附和增殖的修飾方法同時也可能促進細菌粘附，增加感染風險；而抗菌表面修飾往往又可能抑制細胞的粘附，影響骨結合效果。因此，開發(fā)一種既能有效抑制細菌粘附，又能促進細胞增殖和成骨的表面修飾策略，已成為提升種植治療成功率的重要研究方向。
（抗菌/促粘附表面Ti-PR的構建方式及作用機制）
針對這一挑戰(zhàn)，研究團隊開發(fā)了一種基于天然多酚類化合物的簡便一步法表面修飾策略，通過協同作用同時實現抗菌和促成骨功能。該策略利用單寧酸的氧化自聚反應及其與含氨基化合物的高效共價反應，將陽離子抗菌劑和細胞粘附增強劑協同引入種植體表面，構建出具有雙功能的表面涂層。該涂層通過在材料表面形成高度穩(wěn)定的結構，一方面有效清除超過99%的常見病原菌，顯著抑制細菌的粘附和增殖；另一方面，通過促進間充質干細胞向成骨方向分化，實現了優(yōu)異的骨結合效果。
（Ti-PR 細菌-細胞共培養(yǎng)競爭性粘附）
在細胞-細菌共培養(yǎng)環(huán)境下，雙功能表面展現出細胞增殖與粘附性能顯著增強的同時，細菌活性受到有效抑制。此外，RNA-Seq分析揭示，該表面修飾通過激活PI3K/Akt信號通路促進了骨髓間充質干細胞的成骨分化過程。在體內實驗中，植入模型驗證了該表面在抗感染與骨結合中的卓越效果，為解決傳統表面修飾策略難以兼顧抗菌和成骨的問題提供了新的思路。
在本研究中，Ti-PR表現出優(yōu)異的抗菌性能和促細胞粘附、增殖、成骨性能。當PHMG和RGD同時修飾于材料表面時，二者發(fā)揮協同作用，在賦予材料抗菌性能的基礎上，進一步促進了細胞的粘附。這種協同作用使得細胞在材料表面的粘附過程中更具優(yōu)勢，從而在細胞與細菌的競爭中占據主動地位。細胞的優(yōu)先粘附和生長又進一步增強了材料對細菌的抵抗能力，形成一種良性循環(huán)。同時，RGD可通過激活PI3K/Akt通路，促進材料表面成骨。最終，通過這種“競爭性粘附”機制，種植體表面形成良好的骨結合，降低了發(fā)生種植體周圍炎的風險。這一研究不僅為種植體的表面功能化提供了創(chuàng)新性解決方案，還具有廣泛的材料表面改性應用前景，對其他醫(yī)用植入材料的開發(fā)具有借鑒意義。
首都醫(yī)科大學附屬北京口腔醫(yī)院博士徐弛、北京化工大學材料科學與工程學院博士孫美州為本論文共同第一作者，北京化工大學徐福建教授、段順教授與首都醫(yī)科大學附屬北京口腔醫(yī)院耿威教授、孫玉潔副主任醫(yī)師為本文共同通訊作者。該研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金和北京市醫(yī)院管理中心“青苗計劃”的資助。
