供稿人:湯磊，王玲 發(fā)布日期：2017-07-20
材料的生物活性和生物相容性對組織工程支架至關(guān)重要。在中南大學(xué)的一項(xiàng)研究中，研究人員將羥基磷灰石（HAP）摻入聚醚醚酮/聚乙醇酸（PEEK / PGA）的混合物中以改善其生物學(xué)性質(zhì)，并利用選擇性激光燒結(jié)（SLS）工藝開發(fā)新型復(fù)合支架。
圖 1 (PEEK/PGA-HAP) 復(fù)合支架
聚醚醚酮（PEEK）是一種非常具有吸引力的生物支架材料，它具有優(yōu)異的機(jī)械性能，良好的熱穩(wěn)定性以及良好的加工性能，但其生物耐性和緩慢降解性抑制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。而聚乙醇酸（PGA）則具有顯著的親水性和良好的降解性?；旌鲜褂肞EEK和PGA可以兼顧兩者的優(yōu)點(diǎn)。更重要的是，PEEK / PGA復(fù)合物能夠隨著時(shí)間逐漸降解，并且可以通過調(diào)整PGA在復(fù)合物中的含量來調(diào)節(jié)降解速率。然而，這種復(fù)合材料仍然存在缺乏天然細(xì)胞識(shí)別位點(diǎn)的問題。
羥基磷灰石（HAP）是人體骨骼的主要無機(jī)組分，其具有優(yōu)異的骨傳導(dǎo)性能、骨結(jié)合能力、生物相容性和生物活性。HAP摻入PEEK / PGA復(fù)合物可以明顯增強(qiáng)支架的生物相容性和生物活性。
研究人員主要探索了HAP對復(fù)合支架物理化學(xué)性能的影響。支架的彈性模量和抗壓強(qiáng)度隨著HAP含量而增加。添加10wt％的HAP可以將其彈性模量提高到3.31GPa，比不添加HAP的PEEK / PGA支架高25％。此外，摻入10wt％HAP后支架的抗壓強(qiáng)度提高到95.47MPa，比不添加HAP的PEEK / PGA支架高34.5％。由于填料剛度較高，復(fù)合支架的彈性模量和抗壓強(qiáng)度隨著無機(jī)填料含量的增加而增加。然而，當(dāng)HAP含量達(dá)到12.5wt％時(shí)，支架的拉伸強(qiáng)度開始隨HAP含量的增加而降低，并且一直下降到24.3MPa左右。復(fù)合物基體中的HAP顆粒大量聚集可能導(dǎo)致其強(qiáng)度大幅降低。因此，本研究中復(fù)合材料最佳HAP含量為10wt％，此時(shí)，HAP顆粒能夠均勻分布在PEEK / PGA基質(zhì)中。
圖 2 支架彈性模量及拉壓強(qiáng)度隨HAP含量的變化
此外，在浸入模擬體液（SBF）實(shí)驗(yàn)中，隨著復(fù)合支架中HAP含量的增加，磷灰石形成能力明顯增強(qiáng)。將HAP顆粒混入PEEK / PGA基質(zhì)中能夠刺激并加速磷灰石的形成，從而增強(qiáng)支架的生物活性。同時(shí)，復(fù)合支架比PEEK / PGA支架更有利于細(xì)胞附著和增殖。這些結(jié)果突顯了（PEEK / PGA）-HAP復(fù)合支架用于組織再生的潛力。
圖 3 在PEEK / PGA和PEEK / PGA-10wt％HAP支架上培養(yǎng)的不同時(shí)期的MG63細(xì)胞的熒光圖像