Small：南昌大学王小磊/廖岚合作制备钛酸钙涂层实现口腔种植部位免疫调节、成骨和选择性抗菌

手术部位感染和骨结合不充分是口腔种植手术存在危险的关键因素。

2024年10月21日，南昌大学王小磊、廖岚共同通讯在Small 在线发表题为“Time-Dependent Electrical Active and Ultrasound-Responsive Calcium Titanate Implant Coating with Immunomodulation, Osteogenesis, and Customized Antibacterial Activity”的研究论文。该研究开发了用于钛表面的极化钛酸钙（CT-P）涂层，涂层产生的电刺激（ES）可以抑制促炎M1型巨噬细胞极化，促进抗炎M2型巨噬细胞极化，从而产生有利的骨免疫调节。

涂层产生的ES可以与骨骼修复过程中发生变化的生理电位相匹配，促进体内骨整合。此外，CT-P涂层还可以响应超声波（US）照射，产生活性氧（ROS）并消除植入物表面的金黄色葡萄球菌（S.aureus），具备抗菌活性。综上所述，该研究为开发高效电活性涂层提供了有价值的参考，并为手术区域细菌感染的特异性治疗提供了新的解决方案。

种植体部位感染和骨整合失败仍是口腔种植手术的主要威胁。据报道，口腔植入物中细菌感染的发生率在9.6%到19%之间。钛和钛合金常用于口腔植入物，但其生物惰性难以实现抗菌和免疫调节骨再生。因此，控制种植体周围细菌感染和调节种植体周围免疫微环境以促进骨结合是口腔种植学领域的重要方向。

植入物感染的常规治疗依赖于使用抗生素或物理手术来去除植入物和感染组织。近年来，研究人员探索了钛表面负载抗菌金属离子对植入物抗菌性能的调控。此外，能够响应外源性刺激（如光或超声波（US））的材料已用于植入物表面，以提供抗菌性能。该团队之前在钛表面开发了一种双光学涂层，这种涂层对近红外（NIR）和黄光有反应，具有促进成骨和抗菌活性。

虽然该研究部分解决了骨整合和抗感染的问题，但也存在一些不足：1）免疫调节方面。未考虑局部免疫微环境调节对移植成功的必要性。2）促进骨整合方面。虽然NIR照射下的局部光热效应有利于成骨，但不稳定且易受外界因素影响。3）操作方面。NIR具有一定的组织穿透能力，诊所通常没有配备适当的NIR光源设备，临床应用受到限制。4）抗菌方面。黄光是一种可见光源，无法深入植入物以消除深部组织感染。更重要的是，并非所有植入手术都会导致细菌感染。盲目使用抗菌药物可能会给患者带来不必要的身体负担，并增加出现耐药菌的风险。

图1 钛表面的生物电活性钛酸钙涂层产生电刺激用于免疫调节、成骨和超声反应性抗菌治疗示意图（摘自Small ）

该研究构建了一种具有时间依赖性电刺激（ES）的电活性钛酸钙（CT-P）涂层，利用US实现免疫调节、多效成骨和选择性抗菌活性。研究发现，钛表面电活性涂层产生的ES有利于调节骨免疫和修复骨缺损。钛酸钙（CaTiO₃，CT）是一种具有四方晶体结构的钙钛矿陶瓷，不具备铁电性。暴露在电场中时，内部晶体结构会变形并产生电效应，是骨组织再生的潜在候选者。高压极化处理后得到的CT-P涂层具有多个优点。

1）免疫调节的重要性。受极化后产生ES的电容器进行骨缺损修复的启发，作者使用CT涂层作为电容器在钛表面生成ES，具有良好的电荷保持能力和生物相容性。极化后产生的电微环境可以调节免疫微环境，促进骨再生。

2）成骨的有效性。受骨组织愈合过程中缺损区域潜在变化的启发，作者使用时间依赖性ES来增强骨再生。该涂层具有有效且可调节的负表面电位，可在骨缺损愈合过程中改善骨修复。更重要的是，钙是骨组织的关键元素。作为一种涂层，CT可以作为种植体植入后骨再生的钙来源，具有更好的成骨潜力。

3）设备的可用性。受超声牙齿清洁的启发，US探头可产生US刺激以进行声学抗菌治疗。此外，与光催化中的常见光源（如紫外线和蓝光）相比，US具有优异的组织渗透性。与NIR相反，US设备易得、操作条件可控，并且治疗类似于临床超声刮牙。

4）抗菌作用的灵活性。受US催化光响应材料的启发，作者使用具有光催化电位的CT作为声催化剂，可以在US刺激下产生具有抗菌活性的活性氧（ROS）。根据植入区域是否存在细菌感染来考虑US治疗，不仅可以确保抗菌效果，还可以防止抗菌剂的滥用，从根本上降低耐药细菌出现的可能性。

参考消息：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202403298