經皮器械重要且獨特🧑🏼‍🦲，皮膚-植入物界面處相應的生物密封是其長期成功的關鍵，如何改進生物材料以實現有效的生物密封是一個有待解決的具有挑戰性的學術問題。鈦種植體的表面特性會影響軟組織與種植體界面的生物反應📙👨‍🦯，從而影響生物密封💁🏽‍♀️。將生物分子固定在鈦/鈦植入物上已成為提高其與周圍組織的生物相容性的重要策略。

丁建東教授課題組運用貽貝仿生策略對鈦合金表面進行生物大分子功能化修飾，並且與第四軍醫大學西京醫院畢龍副教授以及四軍大/南方科技大學裴國獻教授合作，通過SD大鼠的經皮脛骨植入模型研究了纖維蛋白原改性的 Ti-6Al-4V 合金與軟、硬組織的生物密封和整合（圖1）。

圖1 Ti-6Al-4V 合金的表面大分子改性及其對軟組織的生物密封和骨整合影響的示意圖

將Ti-6Al-4V 鈦合金根據圖 1所示的改性技術利用纖維蛋白原生物大分子進行改性後🐠，采用FE-SEM、AFM🧝🏿‍♂️、XPS和WCA等技術對改性前後的鈦合金表面進行表征（圖2）☃️。為了考察蛋白塗層的穩定性，利用XPS和靜態水接觸角（WCA）對兩種蛋白樣品（Ti-Fg🧜🏻‍♀️、TI-PDA-Fg）表面進行了表征❤️，實驗結果表明聚多巴胺介導的纖維蛋白原塗層比物理吸附纖的維蛋白原塗層更加穩定。

圖2 生物大分子改性前後的鈦合金表面的表征

項目組還研究了與經皮器械密切相關的三種細胞類型在改性表面上的黏附和/或遷移行為，以驗證纖維蛋白原修飾的有效性，分別是表皮細胞 (HaCaT)、成纖維細胞 (HFF) 和前成骨細胞 (MC3T3-E1) 。結果表明多巴胺輔助的纖維蛋白原改性增強了所有三種類型細胞的粘附（圖3）。

圖3改性鈦合金表面上的體外細胞黏附和遷移

為了研究纖維蛋白原塗層對於抑製上皮下行的作用，項目組設計並製造了底部帶有螺紋的 Ti-6Al-4V 螺釘，目的在於實現植入前期的牢固的骨固定🤞🏽，然後將其經皮植入 SD 大鼠的脛骨中。結果表明，纖維蛋白原共價功能化修飾的鈦植入物可以有效地減少上皮的向下生長（圖4）。

圖4 在SD大鼠脛骨經皮植入生物大分子修飾的金屬螺釘後與軟組織的生物密封

項目組還運用了VG染色和熒光雙標技術對新骨的礦物沉積速率進行了半定量統計（圖5）。結果表明多巴胺結合纖維蛋白原修飾的鈦合金可以顯著促進新骨生成👩🏻‍🦽。

圖5 經皮植入生物大分子修飾的金屬螺釘後與硬組織的整合

這項基礎研究對生物大分子修飾的金屬與軟🥥♥️、硬組織的生物密封和骨整合進行了系統的研究，研究表明通過聚多巴胺預塗層共價固定纖維蛋白原有望增強金屬植入物與軟🐨、硬組織的生物密封和骨整合⛹🏼‍♂️，這對於骨科經皮醫療器械至關重要。研究結果還進一步說明了在聚多巴胺的輔助下使用纖維蛋白原的表面修飾技術是實現成功經皮植入的有前途的策略🥸。

以上相關成果發表在Biomaterials Science上🕶。Xiuli Wang#, Xing Lei#, Yue Yu, Sheng Miao, Jingyu Tang, Ye Fu, Kai Ye, Yang Shen, Jiayue Shi, Hao Wu, Yi Zhu, Lin Yu, Guoxian Pei, Long Bi^*, Jiandong Ding^*, Biological sealing and integration of fibrinogen-modified titanium alloy with soft and hard tissues in a rat model, Biomaterials Science, 2021, 9, 5192 - 5208。論文的共同第一作者是沐鸣开户、聚合物分子工程國家重點實驗室碩士生王秀麗和第四軍醫大學西京醫院博士生和臨沂人民醫院醫生雷星👂，通訊作者為該國重主任丁建東教授和四軍大（空軍軍醫大學）畢龍副教授。

論文鏈接：https://doi.org/10.1039/D1BM00762A