HA/PEEK和CS/PEEK復合材料的骨整合能力研究

供稿人:鄭紀豹 王玲

聚醚醚酮（PEEK）材料具有與自然皮質(zhì)骨較為接近的力學性能，以及良好的生物兼容性和化學惰性，因此在骨替代物上具有較大的應用前景，但由于PEEK材料缺少生物活性，植入體內(nèi)后不能與周圍骨組織實現(xiàn)有效的骨整合，而采用生物陶瓷與PEEK材料進行復合是提高PEEK材料生物活性有效的方式，上海交通大學使用羥基磷灰石（HA）和硅酸鈣（CS）分別與PEEK材料進行復合制備HA/PEEK和CS/PEEK復合材料，并通過動物實驗研究兩種材料骨整合能力。

圖1 (a)復合材料微觀形貌(b)材料種類(c)動物實驗過程(d)缺損重建結(jié)構(gòu)

使用注塑的方式制備HA/PEEK和CS/PEEK復合材料的φ8*2mm圓片樣件，其中HA和CS含量為40%，在動物實驗中在兔的顱骨處制造與圓片樣件尺寸相同的圓形缺損，并將HA/PEEK和CS/PEEK復合材料圓片植入，樣件植入4~8周后將兔處死并進行Micro-CT和組織切片檢測以確定兩種復合材料的骨整合能力。

通過Micro-CT檢測對純PEEK材料和兩種復合材料周圍骨組織進行重建，結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)過4周的植入后純PEEK材料表層較為光滑并且周圍沒有明顯新骨的形成，在HA/PEEK和CS/PEEK材料周圍能夠觀察到少量新骨的形成，樣件經(jīng)過8周培養(yǎng)后純PEEK材料周圍仍然沒有明顯的骨組織的生長，HA/PEEK材料周圍觀察到明顯的新骨的形成以及與周圍骨組織的連接，CS/PEEK材料周圍有大量的新骨的形成并且與周圍的骨組織實現(xiàn)了無縫連接，說明相比純PEEK和HA/PEEK材料，CS/PEEK材料具有較好的骨整合能力。

圖2 不同材料植入后4周和8周Micro-CT重建結(jié)果

在組織切片觀察中發(fā)現(xiàn)經(jīng)植入4周后，純PEEK材料周圍沒有明顯的新骨的形成和骨接觸，而是由一層纖維結(jié)締組織包裹，在HA/PEEK和CS/PEEK材料周圍觀察到新骨的形成以及與周圍骨組織的骨接觸，植入8周后純PEEK材料周圍纖維結(jié)締組織仍然存在，HA/PEEK和CS/PEEK復合材料周圍明顯的新骨的形成和與相鄰骨的接觸，相比HA/PEEK材料，CS/PEEK材料周圍新骨的形成更為明顯。說明CS/PEEK材料具有較好的骨整合性能，這與Micro-CT的得出的結(jié)果相一致。

本研究制備了HA/PEEK和CS/PEEK復合材料，并通過動物實驗研究了純PEEK、HA/PEEK、CS/PEEK材料骨整合能力，發(fā)現(xiàn)純PEEK材料周圍沒有明顯的新骨的形成，其骨整合能力較差，HA/PEEK和CS/PEEK材料具有較好的骨整合能力，并且CS/PEEK復合材料骨整合能力最為顯著。

參考文獻：
Rui M , Zhifeng Y , Songchao T , et al. Osseointegration of nanohydroxyapatite- or nano-calcium silicate-incorporated polyetheretherketone bioactive composites in vivo[J]. International Journal of Nanomedicine, 2016, Volume 11:6023-6033.

供稿人:鄭紀豹 王玲 供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室