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  臨床上，牙科和骨科領(lǐng)域?qū)ΨN植體的需求正不斷擴(kuò)大。鈦及其合金由于其優(yōu)異的力學(xué)性能和抗逆性，良好的生物相容性，在植入器械領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。然而，純鈦植入體不具備抗菌性能且生物活性不足，容易造成感染和松動(dòng)，而種植體松動(dòng)以及感染引起的種植體周圍炎是導(dǎo)致種植失敗的主要原因。并且，對(duì)于同時(shí)罹患糖尿病或者骨質(zhì)疏松的患者而言，對(duì)抗感染及促骨結(jié)合功能的種植體的需求更為迫切。當(dāng)前對(duì)具有其中某一功能的改性鈦植入體的研究已非常廣泛，但是如何通過(guò)簡(jiǎn)單可靠的方法，制備兼具抗菌及促骨結(jié)合功能的種植體并確保其安全性，仍是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。

  e-聚賴氨酸因其具有優(yōu)異的廣譜抗菌性，在日本等國(guó)家已被用于產(chǎn)業(yè)化的食品添加劑中，而a型的聚賴氨酸（PLL）常用于增強(qiáng)細(xì)胞粘附。超支化聚賴氨酸同時(shí)具有以上兩種結(jié)構(gòu)單元。由于其聚陽(yáng)離子的特性，目前超支化聚賴氨酸在基因傳遞、藥物載體領(lǐng)域的研究較為廣泛，用于組織修復(fù)領(lǐng)域的研究則較少見。

  近日，浙江大學(xué)高長(zhǎng)有教授團(tuán)隊(duì)與楊國(guó)利團(tuán)隊(duì)合作，提出一種簡(jiǎn)單實(shí)用的方法，以3-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（GPTMS）為偶聯(lián)劑，將超支化的聚L-賴氨酸（HBPL）接枝到堿熱處理過(guò)的鈦表面，實(shí)現(xiàn)抗菌及促成骨的雙重功能。體外實(shí)驗(yàn)表明，表面修飾HBPL的材料對(duì)大腸桿菌（92.2%）和金黃色葡萄球菌（89.4%）都具有非常好的抗菌效果，同時(shí)材料還能促進(jìn)小鼠前成骨細(xì)胞MC3T3-E1的粘附、鋪展、增殖和分化等一系列行為。

圖1. 超支化聚賴氨酸修飾的種植體表面結(jié)構(gòu)、功能及動(dòng)物模型示意圖。

  構(gòu)建金黃色葡萄球菌感染的大鼠骨缺損模型，將表面修飾超支化聚賴氨酸的植入體植入3天后，與對(duì)照組相比，種植體表面和髓腔中的細(xì)菌數(shù)目明顯減少，抗菌效果良好。同時(shí)，HE染色及CD68染色實(shí)驗(yàn)表明，與對(duì)照組純鈦相比，表面有超支化聚賴氨酸涂層的種植體能減弱組織的炎癥反應(yīng)。血清中肝腎功能相關(guān)指標(biāo)也未見異常，說(shuō)明植入體的生物安全性良好。Micro-CT及Masson染色實(shí)驗(yàn)表明，Ti-HBPL組的種植體相比于純鈦組能更好地促進(jìn)新骨的形成，促進(jìn)種植體與組織之間的整合，并且這種促進(jìn)作用在感染組中更加明顯。

圖2. 金黃色葡萄球菌感染的大鼠骨缺損模型，種植體植入3天后的抗菌性能、炎癥及生物安全性評(píng)價(jià)。（A）稀釋涂布平板法統(tǒng)計(jì)種植體表面及髓腔中的細(xì)菌數(shù)的照片。（B）和（C）分別為種植體表面及髓腔中菌數(shù)目的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。（D）種植體植入3天后血清中ALT、AST、BUN和Cr的水平。（E）組織切片的HE染色。（F）組織的CD68染色熒光照片（紅色：CD68蛋白；藍(lán)色：細(xì)胞核；箭頭：多核巨細(xì)胞）。（G）CD68陽(yáng)性細(xì)胞的面積百分比定量分析。

圖3. 植入4周后，種植體的骨結(jié)合性能評(píng)價(jià)。（A）micro-CT觀察種植體周圍的新生骨。種植體骨結(jié)合率（B）、骨體積分?jǐn)?shù)（C）、骨小梁數(shù)目（D）以及骨小梁間隙（E）的多重比較分析。骨-種植體界面的Masson三色染色照片（F）及定量分析（G）.

  以上相關(guān)研究成果以“Covalent grafting of hyperbranched poly-L-lysine on Ti-based implants achieves dual functions of antibacteria and promoted osteointegration in vivo”為題發(fā)表在《Biomaterials》（10.1016/j.biomaterials.2020.120534）上。論文第一作者為浙江大學(xué)高分子科學(xué)與工程系碩士研究生楊志堅(jiān)，共同第一作者為浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬口腔醫(yī)院博士生席月；浙江大學(xué)高長(zhǎng)有教授、浙大口腔醫(yī)院副主任醫(yī)師楊國(guó)利為共同通訊作者。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.120534