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  特種高分子聚醚醚酮（PEEK）作為美國FDA認(rèn)證的“最佳長期骨移植材料”，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)載血管生長因子（VEGF）或相關(guān)多肽，然而這些生長因子在體內(nèi)易失活，還容易導(dǎo)致異位血管化等問題。因此，通過模擬乏氧微環(huán)境來刺激血管內(nèi)皮細(xì)胞自分泌VEGF的策略，為提高PEEK植入體的長期骨整合穩(wěn)定性開辟了研究新思路。

  近日，鄧怡-楊為中聯(lián)合團隊在前期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），針對以上關(guān)鍵科學(xué)問題，設(shè)計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，通過簡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表面同時構(gòu)建了乏氧和成骨微環(huán)境，促進植入體周圍的血管再生和新生骨長入，從而顯著提高了PEEK骨植入體的體內(nèi)長期穩(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，由于獨特的三維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該體系能夠促進成骨細(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)的多項成血管性能指標(biāo)（圖2），進而賦予惰性PEEK優(yōu)異的協(xié)同成骨和成血管性能。動物實驗結(jié)果進一步證實sPEEK-Ni-HA植入體有利于促進體內(nèi)骨整合及血管化，從而提高PEEK植入體的長期骨整合和體內(nèi)穩(wěn)定性（圖3）。

圖2. 體外成血管性能評估

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入情況

  該體系在未引入任何生長因子的情況下，賦予了惰性PEEK植入體優(yōu)異的成骨/成血管雙重生物特性，一定程度上彌補了PEEK材料作為骨植入物的劣勢，為拓展PEEK在臨床上的應(yīng)用進一步奠定了實驗基礎(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、楊騏彰對論文的實驗部分以及排版工作做出了重要貢獻(xiàn)。本研究工作得到國家自然科學(xué)基金（81801848, 81961160736）、四川省科技廳重點研發(fā)計劃（2017FZ0046, 2018JZ0026, 2019YJ0554）、成都市國際合作項目（2017-GH02-00025-HZ）、四川大學(xué)高分子材料工程國家重點實驗室自主課題（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