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  特種高分子聚醚醚酮（PEEK）作為美國(guó)FDA認(rèn)證的“最佳長(zhǎng)期骨移植材料”，具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)、優(yōu)異的射線透過(guò)性和核磁共振成像（MRI）兼容性、良好的生物相容性、以及與人骨相近的彈性模量。然而，其固有的生物惰性以及缺乏促血管再生能力，導(dǎo)致其植入體內(nèi)后容易形成纖維包裹，阻隔植入體與骨組織之間的直接接觸和骨整合，影響植入體的穩(wěn)定性，從而限制了PEEK在臨床科室中的廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的解決辦法一般是直接在植入體表面負(fù)載血管生長(zhǎng)因子（VEGF）或相關(guān)多肽，然而這些生長(zhǎng)因子在體內(nèi)易失活，還容易導(dǎo)致異位血管化等問(wèn)題。因此，通過(guò)模擬乏氧微環(huán)境來(lái)刺激血管內(nèi)皮細(xì)胞自分泌VEGF的策略，為提高PEEK植入體的長(zhǎng)期骨整合穩(wěn)定性開(kāi)辟了研究新思路。

  近日，鄧怡-楊為中聯(lián)合團(tuán)隊(duì)在前期PEEK表面生物化工程的研發(fā)基礎(chǔ)上（Biomaterials, 2014, 35: 6758; Chem. Mater. 2020, 32: 2180），針對(duì)以上關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，設(shè)計(jì)并制備了一種具有高效促成血管化的多功能聚醚醚酮骨植入體：以多孔的磺化聚醚醚酮（sPEEK）為基底，通過(guò)簡(jiǎn)單的兩步水熱法制備氫氧化鎳納米顆粒（Ni(OH)₂）和羥基磷灰石納米花（HA nanoflowers），在惰性PEEK表面同時(shí)構(gòu)建了乏氧和成骨微環(huán)境，促進(jìn)植入體周?chē)难茉偕托律情L(zhǎng)入，從而顯著提高了PEEK骨植入體的體內(nèi)長(zhǎng)期穩(wěn)定性（圖1）。

圖1. 兼具高效促血管化和骨整合特性的PEEK植入體的制備及原理示意圖

  體外研究表明，由于獨(dú)特的三維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該體系能夠促進(jìn)成骨細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞的粘附、鋪展和增殖。此外Ca²⁺以及 Ni²⁺的協(xié)同釋顯著放提升了包括堿性磷酸酶、鈣結(jié)節(jié)生成在內(nèi)的多項(xiàng)成骨指標(biāo)，以及提高血管內(nèi)皮細(xì)胞遷移、管腔形成、成血管相關(guān)基因表達(dá)在內(nèi)的多項(xiàng)成血管性能指標(biāo)（圖2），進(jìn)而賦予惰性PEEK優(yōu)異的協(xié)同成骨和成血管性能。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)sPEEK-Ni-HA植入體有利于促進(jìn)體內(nèi)骨整合及血管化，從而提高PEEK植入體的長(zhǎng)期骨整合和體內(nèi)穩(wěn)定性（圖3）。

圖2. 體外成血管性能評(píng)估

圖3. SEM和激光共聚焦觀察PEEK植入體表面的骨組織和血管組織長(zhǎng)入情況

  該體系在未引入任何生長(zhǎng)因子的情況下，賦予了惰性PEEK植入體優(yōu)異的成骨/成血管雙重生物特性，一定程度上彌補(bǔ)了PEEK材料作為骨植入物的劣勢(shì)，為拓展PEEK在臨床上的應(yīng)用進(jìn)一步奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

  以上相關(guān)成果以“Multifunctional Surface with Enhanced Angiogenesis for Improving Long-Term Osteogenic Fixation of Polyetheretherketone Implants”為題近期在線發(fā)表于ACS Appiled Materials & Interfaces （doi.org/10.1021/acsami.0c02304）。四川大學(xué)材料學(xué)院研究生董濤生和西南醫(yī)科大學(xué)段春燕副教授為該論文共同第一作者，四川大學(xué)鄧怡副研究員、四川大學(xué)楊為中教授為通訊作者。四川大學(xué)本科生高翔宇、楊騏彰對(duì)論文的實(shí)驗(yàn)部分以及排版工作做出了重要貢獻(xiàn)。本研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金（81801848, 81961160736）、四川省科技廳重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2017FZ0046, 2018JZ0026, 2019YJ0554）、成都市國(guó)際合作項(xiàng)目（2017-GH02-00025-HZ）、四川大學(xué)高分子材料工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主課題（sklpme2019-2-05）、四川省-瀘州市-西南醫(yī)科大學(xué)聯(lián)合基金（14JC0038）等的資助。

  全文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c02304