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研究背景:因创伤、手术等造成骨缺损是人类健康面临的重要危害之一。目前临床上用于骨缺损修复的主要是金属植入材料——不锈钢、钴合金及钛合金，这些材料最主要的缺点是不能降解，一般需要通过手术取出，这样会对患者造成较大的痛苦，且在精神和经济方面都是一个考验。这就对骨缺损修复的植入材料提出了更高的要求，需要其具有良好的综合力学性能，且可以在骨缺损愈合后自动降解，这也成为目前此方面的研究热点。镁合金当做生物医学植入材料，有多方面的优势，表现为这种材料具有良好的力学性能和体内可控性降解的特性。镁合金在体内和体外中都具有良好的生物相容性和骨传导性，但是其高腐蚀速率和植入后机体出现的早期炎症反应限制了该合金的临床应用，因而需要进行表面改性，以便满足此方面的要求。目前各种表面处理已应用于镁合金中，以试图控制其腐蚀性，并提高骨形成。然而这些表面处理中没有一个能形成足够稳定的界面，来支持骨形成和控制镁合金降解，特别是在骨形成的早期阶段，如通过铝涂层、钛涂层和热处理的表面改性已经应用于镁合金，以提高其耐腐蚀性，但是却没有提高表面的生物相容性。因此，对于镁合金在临床的应用，还需要开发新型涂层的镁合金，以提高其生物相容性。由于β-三磷酸钙(β-TCP)涂层具有良好的生物相容性，所以已经成为生物工程领域中一个比较受关注的课题。β-TCP主要由钙、磷组成，力学及理化性能优良，生物相容性优异，可以引导新骨生成，发挥骨传导作用，修复骨缺损，所以使用β-TCP生物活性涂层对于植入装置表面改性非常重要。此涂层已经成功应用于钛及其合金的表面处理，以促进骨周围的直接黏附，并抑制腐蚀产物释放到人体。现在普遍认为，骨磷灰石可以表示为碳酸羟基磷灰石(Ca，Mg,Na)10(PO4CO3)6(OH)2，其成分与骨矿物质磷灰石相似。由于其良好的化学稳定性、相对机械强度和生物吸附率，涂覆在镁合金上的β-磷酸三钙(β-TCP)可能会提高镁合金临床应用的可能性。生物磷灰石不是纯粹的羟基磷灰石，而是含有微量元素镁(Mg)和锌(Zn)，Mg和Zn均是人体所需要的营养元素，该合金在体内的降解产物对心、肝、肾和脾具有良好的生物相容性。 研究目的:研究表面改性的β-TCP涂层的Mg-3Al-1Zn镁合金[(β-TCP)-Mg-3Al-1Zn]的细胞生物相容性及其分子作用机制，验证其作为一种新型医用可降解金属材料的安全性及有效性，为可降解镁基骨植入材料的设计和发展提供理论依据。 研究方法:应用Phosphorization技术，将Mg-3Al-1Zn镁合金表面改性，制备表面涂覆β-TCP的镁合金[(β-TCP)-Mg-3Al-1Zn]，观测(β-TCP)-Mg-3Al-1Zn其表面结构特征，同时选择同样型号的Mg-3Al-1Zn、钛合金(Ti-6Al-4V)和β-TCP涂层钛合金[(β-TCP)-Ti-6Al-4V]材料作对照研究;应用材料与人成骨细胞(hFOB1.19)体外直接接触实验，进行能谱分析(EDS）;检测(β-TCP)-Mg-3Al-1 Zn对hFOB1.19成骨细胞的形态和活力的影响;鉴定hFOB1.19成骨细胞内骨形态发生蛋白2(BMP-2)的蛋白活性;检测(β-TCP)-Mg-3Al-1 Zn对hFOB1.19成骨细胞内关键信号蛋白及通路（Shc和c-fos蛋白、Ras/MAPK和ERK/MAPK通路）的干预作用。 研究结果:材料的表征:通过显微镜观察到(β-TCP)-Mg-3Al-1Zn涂层的表面致密，颗粒之间相互连接搭起，结合紧密，涂层与镁基体结合牢靠紧密，涂层表面无脱落现象;材料与hFOB1.19成骨细胞体外直接接触实验中，EDS分析结果表明(β-TCP)-Mg-3Al-1Zn材料表面含有O、P、Ca和Mg元素，大于Ti-6Al-4V材料的30％;免疫荧光结果显示，(β-TCP)-Mg-3Al-1Zn材料与Ti-6Al-4V、(β-TCP)-Ti-6Al-4V对比，使hFOB1.19细胞具有更好的细胞粘附性;细胞增殖MTT法及CCK-8法测定显示，细胞增殖率增加顺序:(β-TCP)-Mg-3Al-1Zn＞(β-TCP)-Ti-6Al-4V＞Ti-6Al-4V＞Mg-3Al-1Zn; BMP-2蛋白活性检测显示，β-TCP涂层上调hFOB1.19细胞内的BMP-2活性，BMP-2蛋白活性的增加顺序:(β-TCP)-Mg-3Al-1Zn＞(β-TCP)-Ti-6Al-4V＞Ti-6Al-4V＞Mg-3Al-1Zn; hFOB1.19细胞内关键信号蛋白的活化测定结果显示，(β-TCP)-Mg-3Al-1Zn增加了细胞内关键信号蛋白(Shc和c-fos蛋白、Ras/MAPK和ERK/MAPK)的磷酸化水平，且加入ERK1/2抑制剂后，(β-TCP)-Mg-3Al-1Zn的细胞活力受到抑制。 研究结论:表面改性的β-TCP涂层的Mg-3Al-1Zn镁合金具有良好的细胞生物相容性;β-TCP涂层Mg-3Al-1Zn镁合金可以提高hFOB1.19细胞内的BMP-2、Shc、c-fos、Ras和ERK1/2等关键信号蛋白及通路的活性;(β-TCP)-Mg-3Al-1Zn有望成为一种新型的医用骨植入材料。