Bioactive Materials
SLM Ta55合金通过调控氧化层促进骨整合与免疫调节

小赛推荐：

该研究通过选择性激光熔融(SLM)技术制备了不同钽(Ta)含量的TaTi合金，发现Ta55合金在机械性能、成骨分化及免疫调节方面均优于其他组，为骨科植入材料的优化提供新方向。

 

文献概述

本文《Additively manufactured Tantalum-titanium alloys with optimized osteogenic and immunomodulatory properties for load-bearing orthopedic implants》，发表于《Bioactive Materials》杂志，回顾并总结了选择性激光熔融制造的TaTi合金在骨科植入物中的应用。文章系统评估了不同Ta含量合金的物理化学性质、细胞相容性及体内骨再生能力，发现Ta55合金在机械强度、成骨分化及免疫微环境调控方面表现最佳，具有广阔的临床转化潜力。

背景知识

金属植入材料的物理化学特性对骨再生和骨整合至关重要。钛(Ti)及其合金广泛用于骨科植入物，但其模量与皮质骨仍存在差异，易引发应力遮蔽效应。钽(Ta)因其高亲水性、低模uli和优异的骨传导性，近年来被视为更优的生物材料。然而，纯Ta强度较低，难以适用于承重部位。因此，TaTi合金成为研究热点，旨在通过合金化调节模uli和强度，同时维持生物活性。传统表面改性方法如化学气相沉积(CVD)和激光处理受限于仅表面修饰，无法深入促进骨长入。本研究采用预合金粉末SLM制造TaTi合金，实现均匀微结构和氧化层调控，从而优化骨整合与免疫调节，克服传统制造方式的局限性。

 

提供标准化小鼠表型分析服务，涵盖行为学、生理生化、基因表达及细胞功能检测，适用于骨科疾病及药物研究。

了解更多

 

研究方法与实验

研究通过真空感应悬浮熔炼制备Ta含量为25%、55%、75%的预合金球形粉末，并通过SLM技术构建致密及多孔结构。采用SEM、EDS、XRD、XPS等技术表征材料微观结构及表面氧化层。评估MC3T3-E1成骨细胞和RAW264.7巨噬细胞在不同合金上的粘附、增殖及分化情况。通过实时定量PCR、免疫荧光染色、Western blot分析成骨基因及信号通路。在兔股骨缺损模型中植入不同合金支架，12周后评估新生骨面积及免疫组化指标。

关键结论与观点

• SLM Ta55 (Ti-55%Ta) 合金展现出最佳机械性能，抗拉强度891 MPa，弹性模量74 GPa，接近皮质骨。
• Ta55表面氧化层(Ta2O5/TiO2)显著促进成骨细胞粘附及ALP、Col-1、OCN等基因表达，提升矿化能力。
• 转录组分析显示Ta55合金激活ECM重塑及整合素介导的机械转导通路，增强成骨分化。
• Ta55合金可诱导巨噬细胞向M2型极化，抑制JAK-STAT1及TNF/NF-κB促炎通路，激活JAK3/STAT6，改善局部炎症微环境。
• 兔体内实验显示，Ta55组在12周时新生骨面积达37%，优于纯Ti及其他合金组，且周围炎症水平更低，OCN表达更高。

研究意义与展望

本研究确立了SLM Ta55合金作为新一代骨科植入材料的潜力，其结合机械适配性、成骨促进及免疫调控能力，为个性化骨修复策略提供材料基础。未来研究可进一步探索其长期体内稳定性及临床转化可行性，推动生物材料在承重骨缺损中的应用。

 

提供多种骨科疾病小鼠模型，包括骨折、骨关节炎、骨质疏松等，支持个性化基因编辑及表型验证，助力骨科药物研发。

了解更多

 

结语

本文通过系统评估SLM制造的TaTi合金，揭示Ta55组在机械性能、成骨分化及免疫调节方面均优于其他组，其表面氧化层促进成骨细胞粘附及整合素信号激活，并诱导巨噬age M2极化，抑制炎症反应。在兔股骨缺损模型中，SLM Ta55合金显著促进新骨形成，减少纤维囊包裹，提升骨-植入物接触。该研究为骨科植入材料的设计与优化提供了实验依据，也为未来生物材料的开发奠定新方向。

 

Junlei Li, Fang Cao, Xiaoyan Chen, Xiuzhi Zhang, and Dewei Zhao. Additively manufactured Tantalum-titanium alloys with optimized osteogenic and immunomodulatory properties for load-bearing orthopedic implants. Bioactive Materials.