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  特種高分子聚醚醚酮（PEEK）作為美國FDA認證的“最佳長期骨移植材料”，具有穩定的化學性質、優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，導致其植入體內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，影響植入體的穩定性，從而限制了PEEK在臨床科室中的廣泛應用。傳統的解決辦法一般是直接在植入體表面負載血管生長因子（VEGF）或相關多肽，然而這些生長因子在體內易失活，還容易導致異位血管化等問題。因此，通過模擬乏氧微環境來刺激血管內皮細胞自分泌VEGF的策略，為提高PEEK植入體的長期骨整合穩定性開辟了研究新思路。

  近日，鄧怡-楊為中聯合團隊在前期PEEK表面生物化工程的研發基礎上（Biomaterials, 2014, 35: 6758; Chem. Mater. 2020, 32: 2180），針對以上關鍵科學問題，設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表面同時構建了乏氧和成骨微環境，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骨植入體的體內長期穩定性（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，由于獨特的三維拓撲結構，該體系能夠促進成骨細胞和血管內皮細胞的粘附、鋪展和增殖。此外Ca²⁺以及 Ni²⁺的協同釋顯著放提升了包括堿性磷酸酶、鈣結節生成在內的多項成骨指標，以及提高血管內皮細胞遷移、管腔形成、成血管相關基因表達在內的多項成血管性能指標（圖2），進而賦予惰性PEEK優異的協同成骨和成血管性能。動物實驗結果進一步證實sPEEK-Ni-HA植入體有利于促進體內骨整合及血管化，從而提高PEEK植入體的長期骨整合和體內穩定性（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在臨床上的應用進一步奠定了實驗基礎。

  以上相關成果以“Multifunctional Surface with Enhanced Angiogenesis for Improving Long-Term Osteogenic Fixation of Polyetheretherketone Implants”為題近期在線發表于ACS Appiled Materials & Interfaces （doi.org/10.1021/acsami.0c02304）。四川大學材料學院研究生董濤生和西南醫科大學段春燕副教授為該論文共同第一作者，四川大學鄧怡副研究員、四川大學楊為中教授為通訊作者。四川大學本科生高翔宇、楊騏彰對論文的實驗部分以及排版工作做出了重要貢獻。本研究工作得到國家自然科學基金（81801848, 81961160736）、四川省科技廳重點研發計劃（2017FZ0046, 2018JZ0026, 2019YJ0554）、成都市國際合作項目（2017-GH02-00025-HZ）、四川大學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-西南醫科大學聯合基金（14JC0038）等的資助。

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