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中山大學(xué)沈慧勇/吳丁財教授團(tuán)隊 AFM：具有動態(tài)抗菌、促成骨活性的多孔聚醚醚酮骨植入物

2023-09-07 來源：高分子科技

聚醚醚酮（PEEK）具有與天然骨骼相似的彈性模量，已廣泛應(yīng)用于椎間融合器、人工骨等骨科植入物。然而，由于PEEK缺乏抗菌、促成骨等生物活性，導(dǎo)致其植入物周圍感染和無菌性松動時常發(fā)生，嚴(yán)重影響手術(shù)效果和患者生活質(zhì)量。目前，研究人員已經(jīng)開發(fā)多種策略來提高PEEK的抗菌和促成骨功能，但強效抗菌能力往往會降低其生物相容性和成骨能力，不利于骨整合。因此，抗菌、促成骨等生物活性的智能集成仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。

近日，中山大學(xué)附屬第八醫(yī)院沈慧勇教授團(tuán)隊聯(lián)合中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院吳丁財教授團(tuán)隊，構(gòu)建了一種具有N-鹵胺聚合物涂層的表面多孔PEEK（sp-PEEK-NCl），實現(xiàn)抗菌、抗炎、促成骨等功能的高效集成。體外實驗證明，sp-PEEK-NCl對常見細(xì)菌、耐藥菌和真菌均展示出良好的抗菌效果，能有效阻止微生物在骨植入物表面的附著與繁殖，防止植入物周圍感染；sp-PEEK-NCl能夠下調(diào)巨噬細(xì)胞向M1表型的極化，具有良好的抗炎功能，從而抑制植入物周圍的無菌性炎癥反應(yīng)；sp-PEEK-NCl還具有良好的生物相容性和促成骨作用。值得指出的是，隨著活性氯原子的消耗，sp-PEEK-NCl中的N-Cl基團(tuán)（抗菌）轉(zhuǎn)化為N-H基團(tuán)（促成骨），其促成骨能力會進(jìn)一步增強。經(jīng)大鼠骨髓炎模型證實sp-PEEK-NCl在體內(nèi)有菌環(huán)境中可顯著減少感染性骨破壞，并促進(jìn)新骨形成。這項工作通過動態(tài)化智能表面工程，實現(xiàn)植入物在植入初期高效抗菌，度過感染高峰期后高效促成骨，從而有效解決抗菌與促成骨之間的矛盾，為骨植入物的多功能集成設(shè)計提供了新思路。該成果以“Dynamical Integration of Antimicrobial, Anti-Inflammatory, and Pro-Osteogenic Activities on Polyetheretherketone via a Porous N-Halamine Polymeric Coating”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上（Adv. Funct. Mater. 2023, 2307286）。中山大學(xué)附屬第八醫(yī)院王子明博士研究生、唐友臣助理研究員和王鵬主任醫(yī)師為論文共同第一作者，吳丁財教授、蔡兆鵬副主任醫(yī)師和沈慧勇教授為共同通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金委、科學(xué)技術(shù)部和中山大學(xué)等單位支持。

圖1 具有（a）抗生素涂層及（b）金屬離子涂層的PEEK和（c）sp-PEEK-NCl植入物的應(yīng)用示意圖；（d）sp-PEEK-NCl的制備過程。

圖2 sp-PEEK-NCl生物相容性及促成骨作用檢測。（a-b）生物相容性評價；（c-f）sp-PEEK-NCl、活性氯消耗一半（sp-PEEK-NCl(H)）及全部（sp-PEEK-NH）后的促成骨作用檢測；（g）sp-PEEK-NCl在PBS溶液中不同天數(shù)時的剩余活性氯含量及相應(yīng)抗菌率。

圖3 大鼠骨髓炎模型檢測sp-PEEK-NCl體內(nèi)生物活性。（a）動物實驗示意圖；（b-e）影像學(xué)檢測骨質(zhì)破壞及新骨形成情況；（f-g）組織切片染色。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202307286

下載：Dynamical Integration of Antimicrobial, Anti-Inflammatory, and Pro-Osteogenic Activities on Polyetheretherketone via a Porous N-Halamine Polymeric Coating

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（責(zé)任編輯：xu）

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