俗话说，牙好，吃嘛嘛香。不过随着年龄的增长，牙齿难免会松动和脱落，这时种牙就成为一个不错的选择。可是，老年人往往患有骨质疏松症等骨代谢相关疾病，这会导致破骨细胞过度分化和骨形成减少，从而引起骨重塑过程的失衡，使患者恢复困难。

以往的研究发现，多巴胺（DA）有望解决这个问题，它能够促进成骨细胞并抑制破骨细胞生成。然而，目前的植入物无法搭载多巴胺等骨活性分子。为此，北京大学口腔医院种植科的研究人员开发出一种植入物表面改性方法，能够实现多巴胺的可控释放，并增强钛植入物抵抗骨吸收和促进骨再生的能力。该篇研究文章已发表在《Materials Science and Engineering: C》杂志上。

⭐研究思路和技术路线

这项研究的思路是创建一种带有水凝胶涂层的钛植入物，将多巴胺缓控释放到微环境中，并探索其对骨重塑的调控作用以及多巴胺的最佳浓度。这种生物活性涂层可提高钛表面抵抗骨吸收和穿透骨组织的能力，在促进骨再生方面显示出良好的前景。

① 研究人员首先在钛表面制备了含有多巴胺的水凝胶涂层，并测定了其物理和化学性质，以及多巴胺的释放能力。之后，他们用小鼠单核巨噬细胞RAW264.7和人骨髓间充质干细胞hBMSC开展体外实验，评估含有多巴胺的涂层对骨形成和骨吸收的影响。

② 他们在带有水凝胶涂层的钛板上培养细胞，之后评估了细胞的存活和增殖能力。对于RAW264.7细胞，他们采用qRT-PCR和Western Blot分析检测了与破骨细胞生成相关的基因和蛋白表达。对于hBMSC细胞，他们还利用赛业OriCell®提供的hBMSC成骨诱导分化试剂盒来诱导成骨分化，并评估水凝胶涂层对该过程的影响（图1）。

图1.实验流程图

⭐研究结果

✔制备带有水凝胶涂层的钛板

研究人员对纯钛板进行清洗和处理后，将其定义为SLA钛。之后他们在SLA肽的表面上形成碳酸钙（CaCO₃），然后将含有多巴胺的水凝胶前体溶液（AlgR@DA）加载到界面上并孵育。最后，将处理后的样品浸入CaCl₂溶液中以交联水凝胶（图2）。

图2. SLA钛表面包被AlgR@DA水凝胶的示意图

他们发现，球霰石碳酸钙可以显著增强水凝胶和钛板之间的界面结合。他们通过搭接-剪切粘合拉伸试验来评估包被了水凝胶的碳酸钙改性SLA钛表面的粘合强度。结果表明，钙离子交联10分钟后的剪切强度为41.5kPa。球霰石晶体在界面处形成了连续的矿物层，从而扩大了钛基的接触面积，提高结合强度。此外，他们还发现水凝胶涂层能够在两周时间内稳定释放多巴胺，表明它具有一定的多巴胺控制释放能力。

✔水凝胶涂层抑制破骨细胞分化

之后，研究人员在RAW264.7细胞上开展了进一步的分析，这是体外研究破骨细胞的经典细胞系。他们发现，在水凝胶修饰材料表面培养细胞时，适当浓度（10-1000μM）的多巴胺不影响细胞增殖。qRT-PCR结果表明，多巴胺抑制了破骨细胞特异性基因（Cathepsin K、MMP-9、NFATc1和TRAP）的表达（图3）。

✔水凝胶涂层促进BMSC的成骨分化

为了确定多巴胺涂层材料调节骨重塑平衡的最佳浓度，研究人员接着在hBMSC上开展分析。BMSC具有多分化潜能，能够分化成成骨细胞、软骨细胞及其他细胞。他们分析了涂层对hBMSC成骨分化的影响，并评估了碱性磷酸酶（ALP）的活性，它的表达是成骨分化的一个明显特征。结果表明，在成骨诱导后的第7天，与对照相比，多巴胺载药组观察到更高的ALP活性。在第14天，100μM多巴胺组的ALP活性最高。这些实验结果显示，对于BMSC的成骨分化，加入适当浓度多巴胺的水凝胶涂层能够促进成骨反应，而且在多巴胺浓度为100μM时效果最佳（图4）。

图4. 含有多巴胺的水凝胶涂层调控骨重塑的示意图

⭐总结

在这项研究中，研究人员成功地在粗糙的钛表面上制备了一层生物活性水凝胶，这层水凝胶可持续稳定地释放多巴胺。结果表明，水凝胶涂层可抑制TRAP活性，而释放到微环境中的多巴胺可进一步抑制破骨细胞分化，同时促进BMSC的粘附和成骨分化。这种方法有望解决骨代谢疾病患者的种植相关问题。

⭐参考文献

Mingyue Wang, Chenxi Wang, Yu Zhang, Ye Lin. Controlled release of dopamine coatings on titanium bidirectionally regulate osteoclastic and osteogenic response behaviors. Materials Science and Engineering: C, Volume 129, 2021, 112376. https://doi.org/10.1016/j.msec.2021.112376.