Abstract Surface modified poly l -lactic acid (PLLA) samples with hydroxyapatite (HA), heparin and bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) mediated by polydopamine (pDA) coating (PLLA/pDA/HA/Hep/BMP-2) were prepared, and their effects on the enhancements of bone formation and osseointegration were evaluated in vitro and in vivo as compared to PLLA, PLLA/pDA/HA, and PLLA/pDA/Hep/BMP-2. The changes in surface chemical compositions, morphologies and wettabilities were observed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM), atomic force microscopy (AFM) and water contact angle measurements. Pre-coating of HA particles with pDA provided uniform and homogeneous anchoring of particles to PLLA surface. In addition, the strong ionic interaction between heparin and pDA led PLLA surface readily heparinized for loading of BMP-2. In vitro experiments revealed that the levels of alkaline phosphatase (ALP) activity, calcium deposition, and osteocalcin (OCN) gene expression were higher in MG-63 human osteosarcoma cell lines grown on PLLA/pDA/HA/Hep/BMP-2 than on control PLLA, PLLA/pDA/HA, and PLLA/pDA/Hep/BMP-2. In vivo studies using micro-computed tomography (micro-CT) also showed that PLLA/pDA/HA/Hep/BMP-2 screw exhibited greatest value of bone volume (BV) and bone volume/tissue volume (BV/TV) among samples. Histological evaluations with H&E and Von Kossa staining demonstrated that a combination of HA and BMP-2 contributed to the strong osseointegration.

中文翻译：

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聚多巴胺介导的聚 L-乳酸与羟基磷灰石、肝素和骨形态发生蛋白 2 的表面修饰及其对骨整合的影响

摘要 表面改性的聚 l-乳酸 (PLLA) 样品含有羟基磷灰石 (HA)、肝素和由聚多巴胺 (pDA) 涂层 (PLLA/pDA/HA/Hep/BMP-2) 介导的骨形态发生蛋白-2 (BMP-2)制备，并与 PLLA、PLLA/pDA/HA 和 PLLA/pDA/Hep/BMP-2 相比，在体外和体内评估了它们对增强骨形成和骨整合的影响。通过X射线光电子能谱（XPS）、场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）、原子力显微镜（AFM）和水接触角测量观察表面化学成分、形态和润湿性的变化。用 pDA 对 HA 颗粒进行预包被使颗粒均匀和均匀地锚定到 PLLA 表面。此外，肝素和 pDA 之间的强离子相互作用导致 PLLA 表面容易肝素化以加载 BMP-2。体外实验表明，在 PLLA/pDA/HA/Hep/BMP-2 上生长的 MG-63 人骨肉瘤细胞系中碱性磷酸酶 (ALP) 活性、钙沉积和骨钙素 (OCN) 基因表达水平高于控制 PLLA、PLLA/pDA/HA 和 PLLA/pDA/Hep/BMP-2。使用微型计算机断层扫描 (micro-CT) 的体内研究还表明，PLLA/pDA/HA/Hep/BMP-2 螺钉在样本中表现出最大的骨体积 (BV) 和骨体积/组织体积 (BV/TV) 值. H&E 和 Von Kossa 染色的组织学评估表明，HA 和 BMP-2 的组合有助于强骨整合。在 PLLA/pDA/HA/Hep/BMP-2 上生长的 MG-63 人骨肉瘤细胞系中钙沉积和骨钙素 (OCN) 基因表达高于对照 PLLA、PLLA/pDA/HA 和 PLLA/pDA/Hep /BMP-2。使用微型计算机断层扫描 (micro-CT) 的体内研究还表明，PLLA/pDA/HA/Hep/BMP-2 螺钉在样本中表现出最大的骨体积 (BV) 和骨体积/组织体积 (BV/TV) 值. H&E 和 Von Kossa 染色的组织学评估表明，HA 和 BMP-2 的组合有助于强骨整合。在 PLLA/pDA/HA/Hep/BMP-2 上生长的 MG-63 人骨肉瘤细胞系中钙沉积和骨钙素 (OCN) 基因表达高于对照 PLLA、PLLA/pDA/HA 和 PLLA/pDA/Hep /BMP-2。使用微型计算机断层扫描 (micro-CT) 的体内研究还表明，PLLA/pDA/HA/Hep/BMP-2 螺钉在样本中表现出最大的骨体积 (BV) 和骨体积/组织体积 (BV/TV) 值. H&E 和 Von Kossa 染色的组织学评估表明，HA 和 BMP-2 的组合有助于强骨整合。使用微型计算机断层扫描 (micro-CT) 的体内研究还表明，PLLA/pDA/HA/Hep/BMP-2 螺钉在样本中表现出最大的骨体积 (BV) 和骨体积/组织体积 (BV/TV) 值. H&E 和 Von Kossa 染色的组织学评估表明，HA 和 BMP-2 的组合有助于强骨整合。使用微型计算机断层扫描 (micro-CT) 的体内研究还表明，PLLA/pDA/HA/Hep/BMP-2 螺钉在样本中表现出最大的骨体积 (BV) 和骨体积/组织体积 (BV/TV) 值. H&E 和 Von Kossa 染色的组织学评估表明，HA 和 BMP-2 的组合有助于强骨整合。