种植体植入后,有两件事需要同时发生:阻止细菌附着,以及让骨组织牢固地贴合种植体表面。但杀菌药物或抗菌涂层通常也会影响成骨细胞,妨碍骨组织生长。中国山东大学研究团队在2026年发表于国际学术期刊《Biomaterials》的小鼠实验中发现,同一种植体表面在开启超声波时转向清除细菌,关闭超声波时则转向促进骨生长,两种作用交替发挥。
钛表面本身也能产生电
种植体通常由钛制成。研究团队在这种钛表面涂覆了一种名为钛酸钡的纳米结构材料。钛酸钡是一种铁电体,即使不外加电场,其表面两侧也能自发维持不同的电性质。同时它还具有压电性质,受到按压或振动等外力时会把这种力转化为电。超声波是一种几乎让人体感觉不到,却能使表面极快速振动的力。这种表面受到超声波照射时,振动就会转化为电信号。研究团队把这样制成的种植体称为ferroTi。
开启超声波后,细菌被吞噬得更多
超声波照射产生的电信号(动态信号),会激活巨噬细胞细胞膜上一种钙通道,这种通道只有特定电信号到达时才会打开。巨噬细胞是聚集在感染部位的免疫细胞。这一通道打开后,钙离子进入巨噬细胞内部,使其吞噬并清除细菌的能力增强。研究团队指出,这种信号最终能在小鼠体内清除对抗生素不敏感的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)感染。
关闭超声波后,信号转为促进成骨
即使关闭超声波,钛酸钡表面原本具有的静电性质依然存在。这种静态信号会让巨噬细胞更牢固地附着在表面,并把巨噬细胞的性质从加剧炎症的类型转变为促进伤口愈合的类型,这一过程称为M2型极化。性质转变后的巨噬细胞会帮助周围的骨髓间充质干细胞分化为成骨细胞。在小鼠实验中,这种静态信号使感染清除后骨组织重新牢固贴合种植体的程度也随之改善。
与药物或涂层的不同之处
目前使用的抗生素涂层或涂有银等抗菌物质的种植体虽然能有效杀菌,但这些物质也可能同时作用于成骨细胞,妨碍骨组织生长。研究团队强调,这项研究的核心在于完全不使用药物,仅靠改变同一材料发出的电信号类型,就依次完成感染清除与骨形成。按电压高低分别处理种植体周围炎杀菌与血管再生的等离子体活化水研究也是靠一个变量切换两种效果,但那项研究是让电处理水产生的化学物质直接作用于细菌和血管细胞。而本研究的不同之处在于,产生信号的不是水,而是种植体表面本身,且这一信号改变的不是细菌、而是巨噬细胞这种免疫细胞的行为,由此产生两种效果。在植入种植体前用冷等离子体预先活化表面的处理也有助于骨结合,但不是在感染已经发生之后可以使用的方法。
目前仅是小鼠实验
这一结果来自植入小鼠体内的种植体实验。小鼠的免疫反应和骨骼生长速度与人类不同,这种信号能否在人类颌骨中按同样的顺序发挥作用尚未得到确认。体外照射的超声波能否准确地将电信号传递到位于口腔深处的种植体,以及需要多久照射一次,这些问题本研究也没有给出答案。
杀菌与骨结合这两件原本相互冲突的事,仅靠在同一表面开关超声波、不使用任何药物就依次解决,这正是本次小鼠实验所展示的结果。