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  臨床上，牙科和骨科領域對種植體的需求正不斷擴大。鈦及其合金由于其優異的力學性能和抗逆性，良好的生物相容性，在植入器械領域有著廣泛的應用。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，而種植體松動以及感染引起的種植體周圍炎是導致種植失敗的主要原因。并且，對于同時罹患糖尿病或者骨質疏松的患者而言，對抗感染及促骨結合功能的種植體的需求更為迫切。當前對具有其中某一功能的改性鈦植入體的研究已非常廣泛，但是如何通過簡單可靠的方法，制備兼具抗菌及促骨結合功能的種植體并確保其安全性，仍是一項巨大的挑戰。

  e-聚賴氨酸因其具有優異的廣譜抗菌性，在日本等國家已被用于產業化的食品添加劑中，而a型的聚賴氨酸（PLL）常用于增強細胞粘附。超支化聚賴氨酸同時具有以上兩種結構單元。由于其聚陽離子的特性，目前超支化聚賴氨酸在基因傳遞、藥物載體領域的研究較為廣泛，用于組織修復領域的研究則較少見。

  近日，浙江大學高長有教授團隊與楊國利團隊合作，提出一種簡單實用的方法，以3-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（GPTMS）為偶聯劑，將超支化的聚L-賴氨酸（HBPL）接枝到堿熱處理過的鈦表面，實現抗菌及促成骨的雙重功能。體外實驗表明，表面修飾HBPL的材料對大腸桿菌（92.2%）和金黃色葡萄球菌（89.4%）都具有非常好的抗菌效果，同時材料還能促進小鼠前成骨細胞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構、功能及動物模型示意圖。

  構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，與對照組相比，種植體表面和髓腔中的細菌數目明顯減少，抗菌效果良好。同時，HE染色及CD68染色實驗表明，與對照組純鈦相比，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。血清中肝腎功能相關指標也未見異常，說明植入體的生物安全性良好。Micro-CT及Masson染色實驗表明，Ti-HBPL組的種植體相比于純鈦組能更好地促進新骨的形成，促進種植體與組織之間的整合，并且這種促進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價。（A）稀釋涂布平板法統計種植體表面及髓腔中的細菌數的照片。（B）和（C）分別為種植體表面及髓腔中菌數目的統計結果。（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；藍色：細胞核；箭頭：多核巨細胞）。（G）CD68陽性細胞的面積百分比定量分析。

圖3. 植入4周后，種植體的骨結合性能評價。（A）micro-CT觀察種植體周圍的新生骨。種植體骨結合率（B）、骨體積分數（C）、骨小梁數目（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”為題發表在《Biomaterials》（10.1016/j.biomaterials.2020.120534）上。論文第一作者為浙江大學高分子科學與工程系碩士研究生楊志堅，共同第一作者為浙江大學醫學院附屬口腔醫院博士生席月；浙江大學高長有教授、浙大口腔醫院副主任醫師楊國利為共同通訊作者。

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