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中山大學沈慧勇/吳丁財教授團隊 AFM：具有動態抗菌、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，導致其植入物周圍感染和無菌性松動時常發生，嚴重影響手術效果和患者生活質量。目前，研究人員已經開發多種策略來提高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。

近日，中山大學附屬第八醫院沈慧勇教授團隊聯合中山大學化學學院吳丁財教授團隊，構建了一種具有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能夠下調巨噬細胞向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；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（抗菌）轉化為N-H基團（促成骨），其促成骨能力會進一步增強。經大鼠骨髓炎模型證實sp-PEEK-NCl在體內有菌環境中可顯著減少感染性骨破壞，并促進新骨形成。這項工作通過動態化智能表面工程，實現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”為題發表在《Advanced Functional Materials》上（Adv. Funct. Mater. 2023, 2307286）。中山大學附屬第八醫院王子明博士研究生、唐友臣助理研究員和王鵬主任醫師為論文共同第一作者，吳丁財教授、蔡兆鵬副主任醫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基金委、科學技術部和中山大學等單位支持。

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溶液中不同天數時的剩余活性氯含量及相應抗菌率。

圖3 大鼠骨髓炎模型檢測sp-PEEK-NCl體內生物活性。（a）動物實驗示意圖；（b-e）影像學檢測骨質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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（責任編輯：xu）

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