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[摘 要]近年来,生物陶瓷材料在替代因外伤或疾病而导致缺损的硬组织方面已获得广泛的应用,当材料被植入生物体内后,其表面立即会发生多种蛋白质分子的堆积,这一蛋白质层对于改变材料的表面性质起着重要的作用.因此,对生物材料表面蛋白吸附的考察已经成为评价材料生物相容性和生物活性的重要内容.本文就生物陶瓷表面蛋白吸附的主要种类、研究方法、影响因素及其改进研究等相关内容作一综述,以期为生物陶瓷表面生物学改性的研究提供基础理论参考.
[关 键 词]生物陶瓷；蛋白吸附；生物相容性
[中图分类号]R783.1[文献标志码]A[doi]10.3969/j.issn.1673-5749.2012.04.037
ResearchprogressofproteinadsorptiononsurfaceofbioceramicsWangChuanyong,LiWei,JiangLi.（StateKeyLaboratoryofOralDiseases,SichuanUniversity,Chengdu610041,China）
[Abstract]Bioactiveceramicshavebeenwidelyusedinreplacingdefectedhardtissuescausedbytraumaordisease.Whenbiomaterialsareplacedinbio-enviroments,variousproteinmoleculeswillimmediatelyaccumulateonmaterialsurfacesformingabioactivelayer.Moreover,thisproteinlayerplaysanimportantroleindeterminingthebiopatibilityofmaterials.Sothispaperbrieflyreviewstheproteinadsorptiononbioceramicssurfaces,includingthetypeofproteinsabsorbed,methodsbeingused,factorseffectingadsorptioncapacityandmethodsimprovingit,providingreferenceforthesurfacebiologicalmodificationofbioactiveceramicmaterials.
[Keywords]bioceramics；proteinadsorption；biopatibility
生物陶瓷材料已在替代患有疾病或者损伤的硬组织方面被广泛应用,并在人体环境中实现了原有硬组织的部分生理和力学功能,而发挥这一长效功能的重要基础是陶瓷材料的生物相容性.具有良好生物相容性的材料能够促进表面成骨细胞的增殖分化和骨组织的沉积,进而与材料形成良好的骨结合.同样,材料在生物体内产生的大部分问题都与其相关.材料表面的生物化学性质在很大程度上决定了其生物相容性.当材料暴露在生物环境中时,材料的表面便与含有各种蛋白质的组织液紧密接触,其表面立即会有蛋白质的吸附和堆积,这一蛋白质层对于材料的生物相容性具有重要的影响,其中,具有生长因子和细胞信号作用的肽及蛋白质成分会对细胞增殖和分化起到重要的调控作用,进而影响生物材料在体内功能的发挥.研究蛋白吸附对于调节材料表面生物活性,提高材料的生物相容性非常有意义.近年来,学者们对于蛋白吸附的研究已经取得了相当大的进展,本文就生物陶瓷表面蛋白吸附的最新研究进展作一综述.
1主要的研究方法
数十年之前,测量蛋白质最广泛的技术是用放射性元素标记蛋白质然后直接测量材料表面的放射性,此方法简单、灵敏、应用广泛,但其也有许多问题,如对人体有辐射危害、不能显示蛋白质构象等,因此,此法的应用正逐渐减少.近年来,被广泛应用且为新发展的技术主要有傅里叶变换红外光谱计（Fouriertransforminfraredspectroscopy,FTIR）[1]、SDS-PAGE电泳[2]、酶联免疫吸附测定法（enzyme-linkedimmunosorbentassay,
ELISA）[3]、噬菌体展示技术[4]、微量量热法[5]等.
2研究的目标蛋白
细胞对生物材料的反应首先取决于其对材料表面吸附蛋白的效应,蛋白质扮演了重要的角色.目前,对材料表面蛋白吸附的研究主要集中在血清白蛋白、纤维连接蛋白（fibronectin）、转化生长因子（transforminggrowthfactor,TGF）和骨形态发生蛋白（bonemorphogeicprotein,BMP）等,这些蛋白在促进纤维细胞和成骨细胞黏附、增殖、分化以及骨诱导等过程中具有重要的作用.
血清白蛋白不仅是血浆中含量最多的蛋白,也是一种在蛋白吸附研究中最广泛应用的蛋白.其中,牛血清白蛋白（bovineserumalbumin,BSA）可与多种金属离子和其他小分子物质结合,对无机晶体的形成可以产生一定的影响.
纤维连接蛋白是细胞黏附机制中的关键蛋白之一,与成纤维细胞和成骨细胞的黏附有关,对于种植体周围新骨的再生有着重要作用,同时,纤维连接蛋白和玻璃体蛋白等已被证明能够促进细胞黏附以及肌动蛋白微丝的重组[6].
TGF能够促进成骨细胞的增殖和分化,它的吸附对于双相磷酸钙（biphasiccalciumphosphate,BCP）的骨诱导机制有着重要作用.研究[3]显示：在活体植入中,BCP对TGF-β1的吸附量会随时间增加而显著增加,这一发现对磷酸钙骨诱导机制的探讨可能提供了重要的信息.
BMP属于TGF-p超家族的成员,在成骨祖细胞的迁移、间充质细胞增殖、软骨和骨源性细胞的分化以及骨改建中具有重要的作用,其是能够单独诱导骨组织形成的局部生长因子,其中,BMP-2由于活性最强而被广泛用于研究中[7].
3影响蛋白吸附的主要因素
不同的材料表面性质具有不同的蛋白吸附机制[8],陶瓷材料的表面形貌、孔隙率、润湿性、表面电荷、含有的其他金属离子等因素都会影响蛋白的吸附状态.在生物体内环境下的固液表面环境将更加复杂,蛋白的种类、构象、吸附介质溶液的pH值、温度、暴露时间和吸附界面介质的流动等因素都会对蛋白的吸附起到一定的作用[9].总体来说,固体表面的蛋白吸附是一个非常复杂的过程,受到来自材料表面结构、理化性质、生理环境等方面多种因素的影响.
3.1陶瓷的表面结构
3.1.1孔隙尺寸和微孔率孔隙尺寸是影响蛋白质吸附的一大因素,Fujii等[10]发现：含锌离子质量分数超过4%的羟磷灰石（hydroxyapatite,HA）会形成大量介孔,由于介孔尺寸较BSA分子大,而较β2-微球蛋白（β2-microglobulin,β2-MG）分子体积小,所以它更适合对β2-MG分子的吸附.Zhu等[3]发现：不同空隙结构的BCP对蛋白的吸附能力明显不同.在随后的研究中,Zhu等[11]又指出：磷酸钙陶瓷颗粒的微孔率和微孔尺寸对蛋白质吸附有显著影响,更高的微孔率和/或更多的直径大于20nm的微孔能够吸收更多的纤维连接蛋白和胰岛素.
3.1.2比表面积由于比表面积的大小与固体的吸附能力有很大关系,增加材料的比表面积能够吸附更多的蛋白质.Li等[12]证明：磷酸钙陶瓷材料表面吸附的蛋白量随表面积的增大而增多.
3.2陶瓷的物理和化学性质
3.2.1生物陶瓷的种类不同的陶瓷具有不同的结构和性质,因而对蛋白质的吸附也不同.孙涛等[13]发现：HA、磷酸三钙（tricalciumphosphate,TCP）、胶原HA（collagen-hydroxyapatite,CHA）和含氟HA（fluor-hydroxyapatite,FHA）4种陶瓷吸附蛋白质的量有所不同,分别为TCP＞CHA＞HA＞FHA.Zeng等[14]研究了磷酸钙生物陶瓷和钛薄膜对BSA的吸附后发现：磷酸钙较钛吸附的蛋白量更大,而且磷酸钙的表面成分和结构会影响蛋白质吸附的动力学以及所吸附蛋白的结构.
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