特种高分子聚醚醚酮（PEEK）作为美国FDA认证的“最佳长期骨移植材料”，具有稳定的化学性质、优异的射线透过性和核磁共振成像（MRI）兼容性、良好的生物相容性、以及与人骨相近的弹性模量。然而，其固有的生物惰性以及缺乏促血管再生能力，导致其植入体内后容易形成纤维包裹，阻隔植入体与骨组织之间的直接接触和骨整合，影响植入体的稳定性，从而限制了PEEK在临床科室中的广泛应用。传统的解决办法一般是直接在植入体表面负载血管生长因子（VEGF）或相关多肽，然而这些生长因子在体内易失活，还容易导致异位血管化等问题。因此，通过模拟乏氧微环境来刺激血管内皮细胞自分泌VEGF的策略，为提高PEEK植入体的长期骨整合稳定性开辟了研究新思路。

  近日，邓怡-杨为中联合团队在前期PEEK表面生物化工程的研发基础上（Biomaterials, 2014, 35: 6758; Chem. Mater. 2020, 32: 2180），针对以上关键科学问题，设计并制备了一种具有高效促成血管化的多功能聚醚醚酮骨植入体：以多孔的磺化聚醚醚酮（sPEEK）为基底，通过简单的两步水热法制备氢氧化镍纳米颗粒（Ni(OH)₂）和羟基磷灰石纳米花（HA nanoflowers），在惰性PEEK表面同时构建了乏氧和成骨微环境，促进植入体周围的血管再生和新生骨长入，从而显著提高了PEEK骨植入体的体内长期稳定性（图1）。

图1. 兼具高效促血管化和骨整合特性的PEEK植入体的制备及原理示意图

  体外研究表明，由于独特的三维拓扑结构，该体系能够促进成骨细胞和血管内皮细胞的粘附、铺展和增殖。此外Ca²⁺以及 Ni²⁺的协同释显著放提升了包括碱性磷酸酶、钙结节生成在内的多项成骨指标，以及提高血管内皮细胞迁移、管腔形成、成血管相关基因表达在内的多项成血管性能指标（图2），进而赋予惰性PEEK优异的协同成骨和成血管性能。动物实验结果进一步证实sPEEK-Ni-HA植入体有利于促进体内骨整合及血管化，从而提高PEEK植入体的长期骨整合和体内稳定性（图3）。

图2. 体外成血管性能评估

图3. SEM和激光共聚焦观察PEEK植入体表面的骨组织和血管组织长入情况

  该体系在未引入任何生长因子的情况下，赋予了惰性PEEK植入体优异的成骨/成血管双重生物特性，一定程度上弥补了PEEK材料作为骨植入物的劣势，为拓展PEEK在临床上的应用进一步奠定了实验基础。

  以上相关成果以“Multifunctional Surface with Enhanced Angiogenesis for Improving Long-Term Osteogenic Fixation of Polyetheretherketone Implants”为题近期在线发表于ACS Appiled Materials & Interfaces （doi.org/10.1021/acsami.0c02304）。四川大学材料学院研究生董涛生和西南医科大学段春燕副教授为该论文共同第一作者，四川大学邓怡副研究员、四川大学杨为中教授为通讯作者。四川大学本科生高翔宇、杨骐彰对论文的实验部分以及排版工作做出了重要贡献。本研究工作得到国家自然科学基金（81801848, 81961160736）、四川省科技厅重点研发计划（2017FZ0046, 2018JZ0026, 2019YJ0554）、成都市国际合作项目（2017-GH02-00025-HZ）、四川大学高分子材料工程国家重点实验室自主课题（sklpme2019-2-05）、四川省-泸州市-西南医科大学联合基金（14JC0038）等的资助。

  全文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c02304