由于天然骨源的短缺，陶瓷、金属、聚合物和其他人工骨移植材料都在临床上得到广泛应用。聚醚醚酮凭借其化学性质稳定、较高结构强度且符合骨骼力学性能等特点，成为骨科植入物的优秀材料，但其具有加工困难，高生物惰性等缺点，限制了该材料的设计与应用。如何提高聚醚醚酮植入材料生物安全性、生物相容性、成骨效应和其他生物活性是进一步扩展该材料应用的重要突破点。

      近期，第四军医大学的郭征、李小康联合北京大学的郑玉锋通过3D打印技术制备表面活化镁离子的多孔聚醚醚酮支架，并通过体内外实验共同验证了该材料的促血管生成和成骨能力。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2022.05.011

 总体研究思路

      通过熔融成型沉积技术制备了3D打印多孔PEEK植入物，对其表面沉积聚多巴胺（PDA）涂层，并利用PDA螯合具有生物活性的镁离子。研究团队设计了三个实验组：纯PEEK支架（PP）、PDA表面修饰PEEK支架（PPD）、PDA-Mg2+表面修饰PEEK支架（PPDM），并在各实验中进行对比。通过MC3T3-E1和HUVECs评估多孔PEEK支架的生物毒性、成骨和促血管生成能力。通过将支架植入兔的股骨髁，评估材料对体内骨缺损修复过程中的骨整合能力和生物活性（图1）。

图1 表面活化镁离子多孔 PEEK 支架的促血管生成和成骨作用

 多孔PEEK支架的3D打印技术研究

       研究团队对3D打印得到的支架材料进行了孔隙率、孔径、孔隙联通性、应力应变、压缩模量等力学测试，证明其力学性能与松质骨相似（图2）。接着通过扫描电镜、原子力显微镜和水接触角测试，发现各组支架表面形态没有显著差异，且PDA改性后支架亲水性明显提升。Mg2+释放实验证明该支架可在两周内持续释放生物活性金属离子。

图2 多孔PEEK支架的表征和表面分析

 多孔PEEK支架的生物安全性和生物活性研究

其次，进行了材料的生物安全性和细胞黏附实验（图3-5）。通过对MC3T3-E1和HUVECs进行CCK-8细胞增殖实验以及流式细胞凋亡检测发现，PDA及PDA-Mg2+改性后支架可促进细胞增殖，且各组凋亡水平无明显差异，证明该材料无生物毒性。细胞黏附实验中，通过电镜、纤维状肌动蛋白和黏着斑蛋白的免疫荧光染色发现，MC3T3-E1和HUVECs细胞在改性后表面形态与未改性材料相比，铺展面积及黏附相关蛋白表达含量增加。该组实验证明Mg2+和PDA表面修饰不会抑制细胞增殖或增加细胞凋亡率，并能够提高细胞在PEEK材料表面的粘附性，Mg2+可促进MC3T3-E1细胞和HUVECs的增殖，增加MC3T3-E1和HUVECs中vinculin蛋白的表达。

图3 与各多孔PEEK支架共培养细胞的增殖和凋亡情况

图4 多孔PEEK支架表面细胞的粘附情况

图5 通过间接接触与支架共培养的 HUVECs 和 MC3T3-E1 细胞的粘附情况

(责任编辑：admin)

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