医用钛及钛合金由于具有耐腐蚀、重量轻、生物相容性好、力学性能优良等特点而被广泛用作骨修复材料。然而,钛植入体表面固有的生物惰性使其在硬组织修复过程中与周围骨组织之间整合缓慢,甚至引发后期植入体的松动和脱落。其主要原因在于:(1)钛植入体周围的细菌感染使得细菌吸附于植入体表面并大量增殖形成生物膜,从而抑制植入体与周围骨组织的结合;(2)由钛植入引发的长期炎症会促进破骨细胞活化,导致植入体周围的骨代谢不平衡从而延迟骨整合。因此,目前医用钛合金研究的重点是对钛表面进行功能化改性以使其具有一定的生物活性,从而促进骨-植入体界面的无缝快速形成。生长因子修饰的钛表面被认为是一种很有前途的促进新骨形成的功能化表面,其在抗菌以及调节细胞行为,包括细胞招募、迁移、粘附、增殖和分化等方面均可发挥显著的作用。然而,单一的生长因子修饰往往很难同时解决钛植入体改性的多重挑战,多种生长因子或药物简单混合引入材料表面又会大大增加系统的复杂性。因此,本研究分别利用两种功能性小分子药物对成骨生长因子——成骨生长肽(Osteogenic growth peptide,OGP)进行改性,并将改性后的多肽分别共价固定于钛材表面,制备了两种具有促成骨-抗菌和调节骨平衡作用的表面生物功能化钛植入材料,并证明该体系的简单有效性。主要研究内容和结论如下:1.抑制细菌感染的成骨生长肽改性及在医用钛表面的应用研究为降低钛植入体周围细菌感染以及骨整合迟缓的风险,首先将具有促成骨作用的多肽OGP与抗生素环丙沙星(CIP)结合,合成抗菌成骨多肽OGP-CIP。然后将OGP-CIP通过基于硅烷化的酰胺反应固定在钛材表面。通过材料表征、体外细胞实验和抗菌活性检测来评价钛材改性后的骨整合和抗菌能力。结果表明,抗菌成骨生长肽(OGP-CIP)被成功合成并共价固定在钛材表面;经抗菌肽修饰的钛表面与普通纯钛相比能显著促进成骨细胞的铺展、增殖和分化,并上调成骨相关基因的表达;细菌实验(金黄色葡萄球菌和大肠杆菌)证明经抗菌肽修饰的钛表面具有良好的抗菌性能。2.调节骨代谢平衡的成骨生长肽改性及在医用钛表面的应用研究为赋予钛材表面调节破骨细胞活化与成骨细胞分化平衡从而促进植入体周围骨整合的功能,首先将成骨生长肽(OGP)与抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸(NAC)结合,合成骨平衡调节多肽OGP-NAC。然后将OGP-NAC通过硅烷偶联剂和PEG共价固定在钛材表面,并在体外研究其对成骨细胞和破骨细胞的调节作用。材料表征结果表明OGP-NAC被成功合成并固定在钛材表面;基于体外诱导RAW 264.7细胞向破骨细胞分化的研究表明,与纯钛相比,OGP-NAC修饰的钛表面可以抑制多核细胞的形成、TRAP的分泌和破骨相关基因的表达,起到抑制破骨细胞形成和活化的作用;同时,修饰后的钛表面能显著促进成骨细胞的铺展、增殖和分化,并上调成骨相关基因的表达。