植入體感染和骨整合不良常導(dǎo)致植入手術(shù)失敗,給患者造成經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)和身心傷害。因此,同時賦予植入體以抗感染和優(yōu)良骨整合的特性是必不可少的。目前多種植入體表面改性的方法,包括多肽錨定、金屬元素沉積、生物活性藥物負(fù)載和水凝膠涂層已被廣為研究。但是復(fù)雜的改性過程或者生物安全性方面的潛在問題仍然阻礙了這些方法的進(jìn)一步轉(zhuǎn)化及應(yīng)用。利用層層自組裝來構(gòu)建植入體多功能涂層簡便易于實(shí)現(xiàn),但也需要材料具備特殊的化學(xué)性質(zhì),如帶相反電荷的聚電解質(zhì)、氫鍵等。近年來,受貽貝啟迪的多酚材料由于其普適性的粘附能力、后功能化的可行性等特點(diǎn)成為了新的研究熱點(diǎn)。其中單寧酸作為成本低廉的植物多酚能通過氫鍵、席夫堿反應(yīng)、邁克爾加成反應(yīng)等與多種物質(zhì)相互作用而緊密結(jié)合。受此啟發(fā),利用單寧酸來調(diào)控層層自組裝使植入體具有同時抗感染和促成骨的特性具有可觀的應(yīng)用前景。
圖1植入體表面涂層的構(gòu)建及發(fā)揮功能的示意圖
近日,四川大學(xué)華西口腔醫(yī)學(xué)院李繼遙教授、楊佼佼副研究員團(tuán)隊(duì)利用貽貝啟迪的單寧酸調(diào)控層層自組裝并應(yīng)用于植入體的表面改性。該研究以經(jīng)典的超親水抗污劑聚乙二醇(PEG)和生物礦化誘導(dǎo)劑天冬氨酸-絲氨酸-絲氨酸的八聯(lián)復(fù)合體(8DSS)為功能原料,通過單寧酸介導(dǎo)的層層自組裝這一簡便普適的方法,獲得了具有有效抗污和促成骨雙功能涂層改性的植入體(Ti/8DSS/PEG)。PEG的超親水能力為材料提供抗污性能從而實(shí)現(xiàn)抗感染;8DSS能通過生物礦化在植入體表面形成穩(wěn)定、強(qiáng)黏附的羥基磷灰石(HA)涂層,可有效促進(jìn)骨整合。
體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所制備的植入體表面涂層(Ti/8DSS/PEG)具有良好的抗生物污染性能,并能誘導(dǎo)形成羥基磷灰石進(jìn)而促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨分化。體內(nèi)股骨植入體模型實(shí)驗(yàn)顯示,植入Ti/8DSS/PEG的組,植入體周圍的新骨形成明顯增加。而且所有治療組的主要器官均未出現(xiàn)明顯的病理異常,表明該植入體改性涂層無明細(xì)的全身毒性。
圖2表面親水性和抗黏附性能。 (a)水接觸角 (b) 抗蛋白粘附(BSA)能力和抗細(xì)菌粘附的熒光圖像 (c) 金黃色葡萄球菌和大腸桿菌黏附的SEM圖像
圖3生物礦化和成骨分化。樣本浸泡在SBF七天后的SEM (a) 和XRD (b);成骨誘導(dǎo)七天后的ALP染色 (c)和誘導(dǎo)14天后的茜素紅染色。
圖4 體內(nèi)實(shí)驗(yàn)。(a)體內(nèi)實(shí)驗(yàn)照片;(b)術(shù)后四周新骨形成的3D重建圖像;(c)術(shù)后四周新骨形成的定量分析
這些結(jié)果證明了貽貝啟迪的單寧酸調(diào)控層層自組裝進(jìn)行植入體的表面改性設(shè)計的可行性,這種設(shè)計簡單、易實(shí)現(xiàn)、普適,為開發(fā)具有抗感染、促進(jìn)骨整合功能的多功能種植體涂層提供了一種很有前景的選擇。
相關(guān)研究成果“Mussel-inspired self-assembly engineered implant coatings for synergistic anti-infection and osteogenesis acceleration”近期發(fā)表在Journal of Materials Chemistry B。通訊作者為四川大學(xué)李繼遙教授和楊佼佼副研究員,碩士研究生韓明月為論文的第一作者。該工作得到了國家自然科學(xué)基金、四川省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、博士后科學(xué)基金會、華西口腔醫(yī)院新苗計劃、華西口腔醫(yī)院研發(fā)基金的資助。本研究還得到了四川大學(xué)高分子材料與工程學(xué)院李建樹教授、羅珺副研究員的支持。
論文鏈接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/tb/d1tb01607e/unauth
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