纖連蛋白接枝的鈦金屬處理

輝光射頻電漿（glow discharge plasma）是一種能有效的將各種不同的蛋白質（例如：白蛋白albumin、第一型膠原蛋白type I collagen以及纖連蛋白fibronectin）接枝到鈦金屬表面的技術，然而，這項改質技術對於鈦金屬表面會造成甚麼樣的影響卻不明確。因此本實驗的研究目的為對經過輝光射頻電漿技術與纖連蛋白接枝後的鈦金屬表面，評估分析其表面的物理性質與生物特性。而針對經過表面改質的鈦金屬植體，其植入生物體後的骨整合（osseointegration）表現也做了分析及討論。
本研究體外（in vitro）實驗所使用的鈦金屬圓片是第二級鈦金屬，經過清潔與高溫高壓滅菌後，在本實驗中被稱為「原始試樣（original specimens）」。在評估鈦金屬表面物理性質的實驗中，依據不同的改質方式（只經過輝光射頻電漿改質或同時經輝光射頻電漿與纖連蛋白接枝改質）與不同的儲存溫度（4°C或25°C），這些原始試樣被分成四組。只經過輝光射頻電漿改質後的試樣，被稱為「電漿處理試樣（Ar-GDP）」；而經過輝光射頻電漿與纖連蛋白接質改質後的試樣則被稱為「蛋白質披覆試樣（GDP-fib）」。
我們使用掃描式電子顯微鏡（scanning electron microscope, SEM）來觀察鈦金屬圓片的表面型態；利用自動接觸角（contact angle）分析儀來評估鈦金屬圓片的表面親疏水性；藉由表面接觸儀（surface analyzer）來測量鈦金屬圓片的表面粗糙度；利用螢光免疫染色標定法（fluorescein iosthiocyanate labeling, FITC labeling）來測定鈦金屬圓片上纖連蛋白的含量，進而了解纖連蛋白溶液濃度與接枝於鈦金屬試樣上的纖連蛋白濃度的關係（concentration analysis）；並經由凝血試驗（blood coagulation analysis）與MG-63細胞培養來評估表面改質對於鈦金屬表面生物相容性的影響。
本研究動物（in vivo）實驗使用經歷兩種不同改質方法的植體：電漿處理（Ar-GDP）植體與蛋白質披覆（GDP-fib）植體，總計24支植體植入6隻米格魯犬的下顎兩側小臼齒區，在手術後2、4與8週時犧牲米格魯犬，並在手術當時與三個犧牲的時間點利用共振頻率分析法（resonance frequency analysis, RFA）來記錄受測植體的植體穩定參數（implant stability quotient, ISQ），另外利用微米級電腦斷層掃描造影系統（micro-computed tomography, micro-CT）與組織學切片，對三個時間點的植體試樣與周圍骨組織的關係來做量測與分析。
本實驗結果發現，電子顯微鏡（SEM）下的電漿處理試樣（Ar-GDP）的表面型態呈現一個規則的平面紋理，而蛋白質披覆試樣（GDP-fib）的表面則有不規則摺疊的物質。在表面親疏水性與表面粗糙度的實驗中，經纖連蛋白接枝披覆後的表面（0.400 μm; 5.4 ± 0.8°）相較於僅經過輝光射頻電漿處理者(0.170 μm; 36.8 ± 8.5°)，更為親水與粗糙。不同的儲存溫度並沒有對其表面型態、表面親疏水性與表面粗糙度造成太多的差異。螢光免疫染色標定法（FITC labeling）的結果證實纖連蛋白確實能接枝於鈦金屬表面，並在其表面呈現點狀分布，此結果與在電子顯微鏡下所觀察到的一致；且鈦金屬圓片上纖連蛋白的含量隨著使用的纖連蛋白溶液濃度而增加。在凝血試驗中，電漿處理試樣與蛋白質披覆試樣的結果並沒有顯著差異；而在細胞生物相容性的測試中，蛋白質披覆試樣與電漿處理試樣上的MG-63細胞增殖量皆較原始試樣來的多。
在植體穩定度方面，在植體植入後第二週與第四週時，蛋白質披覆植體的植體穩定參數較電漿處理植體高，且具有顯著差異；而微米級電腦斷層掃描造影系統的結果也發現，蛋白質披覆植體周圍的骨組織較多。共振頻率分析與微米級電腦斷層掃描造影系統分析結果之間具有高度正相關性。在第二週時，可以看到有成骨細胞（oteoblasts）附著於植體表面，在舊骨表面（osteoclasts）則可以看到多核的蝕骨細胞；到第八週時，大部分植體與舊骨之間的空間則已經被新生的骨頭所取代。
本研究結果證實，相較於僅經過電漿處理者，經生物性蛋白質改質後的鈦金屬表面變得更加親水與更加粗糙，對於MG-63這類的類成骨細胞在鈦金屬表面的附著、移動與增殖有著很大的幫助。而共振頻率分析實驗、微米級電腦斷層掃描造影系統分析與組織學切片中的結果皆顯示，生物性蛋白質改質能提升鈦金屬植體的植體穩定度。這種植體穩定度的提高對於臨床上能加速所短治療所需的時間，對臨床治療具有效益。