GO-PEEK復(fù)合材料的骨誘導(dǎo)功能

張琳梅,張耀超,左艷萍,梁 斌

(1西安醫(yī)學(xué)院口腔醫(yī)學(xué)院口腔解剖生理學(xué)教研室,西安 710021;2西安醫(yī)學(xué)院口腔醫(yī)學(xué)院口腔修復(fù)學(xué)教研室;3西安醫(yī)學(xué)院口腔醫(yī)學(xué)院口腔組織病理學(xué)教研室;*通訊作者,E-mail:2111422131@qq.com)

由頜面部外傷、腫瘤等疾病引起的下頜骨缺損將會(huì)導(dǎo)致患者咀嚼、言語(yǔ)、吞咽和呼吸功能障礙,嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量。近年來(lái),生理重建技術(shù)有了很大的提高,隨之涌現(xiàn)出了大批具有良好組織相容性的生物重建材料。鈦金屬及其合金材料因其優(yōu)異的耐蝕性能、機(jī)械強(qiáng)度以及組織細(xì)胞相容性,成為目前整形外科以及口腔界最受歡迎的生物替代材料[1]。然而,在臨床工作中嚴(yán)重的術(shù)后并發(fā)癥如骨溶解、過(guò)敏反應(yīng)、植入物松動(dòng)以及最后的植入失敗都有可能發(fā)生[2]。為了克服這些金屬植入物的臨床限制性,盡量減少植入后生物反應(yīng)的負(fù)面影響,尋找金屬的有效替代品也是亟待突破的重點(diǎn)問(wèn)題。

聚醚醚酮(polyetheretherketone,PEEK)是一種聚芳半結(jié)晶熱塑性聚合物,其分子結(jié)構(gòu)為(-C6H4-O-C6H4-O-C6H4-CO-)n[3]。PEEK材料在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用主要常見(jiàn)于外科領(lǐng)域。從加工的角度來(lái)看,PEEK材料可以通過(guò)傳統(tǒng)的塑料加工獲得,反復(fù)消毒和加熱可制作出個(gè)性化的輪廓,以適應(yīng)于相應(yīng)的骨骼形狀[4]。然而,因?yàn)槿狈Τ跗谥苯庸浅练e和后期骨結(jié)合的能力,它在重建后的骨承重方面的應(yīng)用是有限的[5]。

氧化石墨烯(graphene oxide,GO)是石墨烯家族中最重要的衍生物之一,GO通過(guò)疏水性和靜電作用顯著改善與蛋白質(zhì)的相互影響,并有可能潛在地增強(qiáng)干細(xì)胞的成骨分化[6]。盡管如此,納米材料自身的毒性還是引起了廣泛的爭(zhēng)議。將GO結(jié)合在無(wú)毒副作用的基質(zhì)上,可以限制其流動(dòng)性,從而使控制細(xì)胞毒性降到可接受的水平以下[7]。已有研究證實(shí)GO基平面擁有較多的π鍵結(jié)合結(jié)構(gòu),它可以與PEEK材料中的π鍵形成強(qiáng)大而穩(wěn)定的π-π結(jié)合[8]。然而通過(guò)文獻(xiàn)研究發(fā)現(xiàn),利用GO作為表面涂層應(yīng)用在PEEK中是否具有更強(qiáng)的成骨活性并沒(méi)有相應(yīng)的深入研究。

本研究設(shè)想通過(guò)3D打印PEEK仿下頜骨多孔支架,利用GO修飾表面,通過(guò)成骨相關(guān)指標(biāo)檢測(cè)復(fù)合支架的生物性能及成骨性能,初步探索GO-PEEK復(fù)合材料在細(xì)胞外基質(zhì)中的骨誘導(dǎo)功能。為GO-PEEK作為一種新型的具有良好抗菌性能及成骨能力的下頜骨缺損修復(fù)材料提供理論依據(jù),以進(jìn)一步拓寬骨組織工程在頜面部骨缺損領(lǐng)域的應(yīng)用。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及分組

為了增加支架表面的微孔結(jié)構(gòu),研究組首先對(duì)3D打印PEEK仿下頜骨支架進(jìn)行硫化處理,形成S-PEEK支架。繼而通過(guò)將S-PEEK支架與GO(氧化石墨烯)混合,以達(dá)到GO充分結(jié)合支架,優(yōu)化骨誘導(dǎo)能力以及材料本身抗菌性能的目的,從而制備GO-PEEK支架。根據(jù)骨髓間充質(zhì)細(xì)胞接種于PEEK、S-PEEK、GO-PEEK不同支架表面,實(shí)驗(yàn)分為:空白對(duì)照組(僅接種骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞,無(wú)支架)、PEEK組(骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞+PEEK支架4枚)、S-PEEK組(骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞+硫化PEEK支架4枚)、GO-PEEK組(骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞+氧化石墨烯PEEK支架4枚)。采用CCK、RT-PCT等檢測(cè)方法考察研究不同支架對(duì)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的物學(xué)性能及成骨相關(guān)基因:Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2(Runt-related transcription factor 2,RUNX2)、Ⅰ型膠原蛋白α1(collagen type Ⅰ alpha 1,COLLA1)、骨鈣素(osteocalcin,OCN)的表達(dá)情況的影響。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

細(xì)胞及PEEK支架;骨髓間充質(zhì)細(xì)胞(提取自SD大鼠下頜骨);PEEK支架(由西安交通大學(xué)快速制造國(guó)家工程研究中心經(jīng)3D打印獲得)。FTC-3000TM System(Funglyn生物公司,加拿大);正反向引物及測(cè)序引物合成(上海生工生物有限公司);DEPC純水(ABI公司,美國(guó));低溫高速離心機(jī)(5810R,Eppendorf公司,美國(guó));UV3000紫外可見(jiàn)分光光度儀(島津,日本);擴(kuò)增儀(9700NA,MJ公司,美國(guó));無(wú)核酸酶離心管(Eppendorf,EP,先鋒生物科技有限公司);氯仿,75%乙醇,異丙醇,98%硫酸,丙酮(西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院設(shè)備科);裂解液(Trizol,Invitrogen,美國(guó));PrimeScript RT reagent kit(TaKaRa,美國(guó));SYBR Premix Ex(TaKaRa,美國(guó));干細(xì)胞培養(yǎng)基(MesenPRO RSTMMedium,Gibco,USA);恒溫孵育箱(RC03000T-5-VBC-C02,Therono Electron Corporation);96孔板;烤箱(西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院設(shè)備科);圖像信號(hào)采集及處理系統(tǒng)(Q550CW,Leica公司,德國(guó))。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 3D打印PEEK仿下頜骨微孔支架 采用西安市中心醫(yī)院影像中心Philipsi CT對(duì)健康成年人下頜骨進(jìn)行薄層CT掃描。掃描參數(shù)為:厚度0.625 mm;像素0.580 mm;電壓120 kV;單位時(shí)間射線量240 mAs;無(wú)間隙容積掃描。受試者取仰臥位、張口位(上下牙列分離);眶耳平面與水平面垂直;掃描平面垂直于眶耳平面。掃描范圍:全顱骨。所獲掃描數(shù)據(jù)以DICOM 3.0儲(chǔ)存。將CT掃描的原始DICOM數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics 16.0。所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)交于西安交通大學(xué)快速制造國(guó)家工程研究中心,由相關(guān)技術(shù)人員提取下頜骨松質(zhì)骨相關(guān)數(shù)據(jù),并運(yùn)用醫(yī)療級(jí)PEEK材料進(jìn)行3D打印,最終形成2 mm×2 mm×2 mm標(biāo)準(zhǔn)微孔支架。

1.3.2 樣本制備 3D打印的的PEEK支架均使用丙酮、乙醇、蒸餾水超聲波洗滌。室溫下,部分PEEK支架采用98%的硫酸進(jìn)行硫化處理5 min,為了獲得均勻的多孔結(jié)構(gòu),整個(gè)過(guò)程中均使用超聲攪拌。隨后將樣品取出并浸入丙酮中,攪拌10 min,去除表面殘留。之后,樣本在蒸餾水中超聲波清洗10 min。重復(fù)3次,最后標(biāo)本在烤箱60 ℃烤干作為S-PEEK組支架備用。超聲波振動(dòng)將5 mg的GO分散到50 ml蒸餾水中4 h,形成均勻的GO懸浮液。部分S-PEEK支架浸泡在GO混懸液中10 min。浸泡之后,支架于烤箱中100 ℃烤干10 min。上述過(guò)程重復(fù)5次,以確保S-PEEK支架所有微孔隙均被GO覆蓋。最后將樣本置于60 ℃烤箱過(guò)夜,留作GO-PEEK組支架備用。

1.3.3 SD大鼠下頜骨骨髓間充質(zhì)細(xì)胞提取 選擇6-8周齡SPF級(jí)雄性SD大鼠,體質(zhì)量約350-400 g(西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)部動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心)。經(jīng)4%水合氯醛腹腔麻醉后處死,75%酒精浸泡消毒,無(wú)菌條件下解剖雙側(cè)下頜骨后浸泡在1%青鏈霉素PBS中。紫外光下靜置30 min,倒掉PBS,再次沖洗3次。去除下頜骨雙側(cè)骨骺,暴露骨髓腔。隨后用干細(xì)胞培養(yǎng)基反復(fù)沖洗骨髓腔,并將其移至含MesenPRO RSTMMedium培養(yǎng)瓶中,37 ℃,5% CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。

1.3.4 細(xì)胞培養(yǎng) 提前24 h將PEEK支架、S-PEEK支架、GO-PEEK支架置于超凈臺(tái)中紫外照射。實(shí)驗(yàn)當(dāng)天用滅菌鑷,分別將不同處理支架放置于6孔板中。骨髓間充質(zhì)細(xì)胞計(jì)數(shù),以每孔1.2×106個(gè)細(xì)胞濃度接種于不同分組支架表面。空白對(duì)照組僅接種骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞。

1.3.5 CCK-8檢測(cè)細(xì)胞生物學(xué)活性 通過(guò)測(cè)定細(xì)胞增殖,探究空白對(duì)照組、PEEK支架組、S-PEEK組、GO-PEEK組中不同支架對(duì)下頜骨間充質(zhì)干細(xì)胞生存狀態(tài)的影響。按照1.3.4細(xì)胞培養(yǎng)的方法,骨髓間充質(zhì)細(xì)胞培養(yǎng)第1天后,經(jīng)0.25%胰酶消化,細(xì)胞計(jì)數(shù),以每孔5×104個(gè)細(xì)胞濃度按不同分組鋪96孔板。培養(yǎng)24,48,72 h向每孔加入10 μl CCK-8溶液,再次孵育4 h,使用酶標(biāo)儀測(cè)定在450 nm處的吸光度,吸光度值越高,細(xì)胞活性越高。

1.3.6 RNA提取 按照1.3.4細(xì)胞培養(yǎng)的方法，細(xì)胞培養(yǎng)第5天后，分別收集不同分組的細(xì)胞，加入1 ml的Trizol液，室溫放置10 min；隨后轉(zhuǎn)移至1.5 ml EP管中，12 000 r/min，4 ℃離心10 min；將混懸液上清轉(zhuǎn)移至無(wú)菌無(wú)酶EP管，加入200 μl氯仿，震蕩15 s，室溫下靜置2-3 min；混懸液12 000 r/min，4 ℃離心15 min；吸取上層水相于新的無(wú)菌無(wú)酶EP管中，加入500 μl異丙醇，室溫靜置10 min；混合液12 000 r/min，4 ℃離心10 min；離心完畢后棄上清，加入1 ml含有75%乙醇，吹起位于底部的沉淀后7 500 r/min，4 ℃離心5 min；離心完畢后棄上清，EP管室溫放置干燥10 min。EP管內(nèi)完全干燥后加入30 μl無(wú)核酸酶水(Diethyl pyrocarbonate，DEPC)，離心1 min，55-60 ℃水浴溶解RNA。分光光度儀檢測(cè)RNA濃度，一般A260/A280在1.8-2.0，A260/A230在1.9-2.1為宜。

1.3.7 qRT-PCR檢測(cè)成骨相關(guān)基因RUNX2、OOLA1、OCN表達(dá)情況 設(shè)計(jì)與成骨相關(guān)基因的上下游引物。按照1.3.4的細(xì)胞培養(yǎng)方法,培養(yǎng)第2天后,Trizol法提取RNA。經(jīng)過(guò)逆轉(zhuǎn)錄、RT-PCR分別檢測(cè)與成骨密切相關(guān)的Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2(Runt-related transcription factor 2,RUNX2)、Ⅰ型膠原蛋白α1(collagen type Ⅰ alpha 1,COLLA1)、骨鈣素(osteocalcin,OCN)的表達(dá)情況,β-actin作為內(nèi)參對(duì)照。qRT-PCR實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)運(yùn)用2-ΔΔCt公式計(jì)算。反應(yīng)條件為:首先95 ℃,30 s;接著95 ℃,5 s→60 ℃,30 s,40個(gè)循環(huán)。引物設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 RUNX2、COLLA1、OCN引物序列Table 1 Primer sequences of RUNX2, COLLA1 and OCN

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

qRT-PCR實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)運(yùn)用2-ΔΔCt公式計(jì)算。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析選用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。CCK-8實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)通過(guò)雙因素方差分析(two-way ANOVA)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。所有結(jié)果重復(fù)3次。Graph Pad Prism 6軟件進(jìn)行繪圖。P<0.05認(rèn)為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 不同支架材料對(duì)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞活性的影響

2.1.1 PEEK材料抑制骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞活性 與空白對(duì)照組相比,PEEK組間充質(zhì)干細(xì)胞接種于PEEK材料24 h,未見(jiàn)明顯細(xì)胞增殖差異;當(dāng)繼續(xù)培養(yǎng)至48 h,細(xì)胞活性顯著下降(P<0.01),出現(xiàn)細(xì)胞死亡現(xiàn)象(見(jiàn)圖1)。

2.1.2 S-PEEK材料抑制骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞活性 與空白對(duì)照組相比,S-PEEK組培養(yǎng)24 h,即發(fā)生細(xì)胞活性降低趨勢(shì),少量細(xì)胞死亡現(xiàn)象,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。當(dāng)繼續(xù)培養(yǎng)至48 h,細(xì)胞活性顯著下降(P<0.01),出現(xiàn)大量細(xì)胞細(xì)胞死亡現(xiàn)象。與PEEK組相比,S-PEEK組S-PEEK培養(yǎng)至24 h時(shí),出現(xiàn)細(xì)胞活性降低趨勢(shì),72 h細(xì)胞活性顯著降低(P<0.01,見(jiàn)圖2)。

2.1.3 GO-PEEK支架材料促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞活性 與空白對(duì)照組相比,GO-PEEK組培養(yǎng)24 h,細(xì)胞活性出現(xiàn)增長(zhǎng)。自24 h后間充質(zhì)細(xì)胞活性出現(xiàn)逐漸增長(zhǎng)趨勢(shì)。48 h及72 h均出現(xiàn)骨髓間充質(zhì)細(xì)胞活性增長(zhǎng),差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01,見(jiàn)圖3)。

與空白對(duì)照組比較,**P<0.01圖3 CCK-8檢測(cè)GO-PEEK支架表面間充質(zhì)干細(xì)胞活性Figure 3 The proliferation of mesenchymal stem cells on the surface of GO-PEEK by CCK-8

2.2 不同支架材料對(duì)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞成骨相關(guān)因子的影響

與空白對(duì)照組相比,PEEK組骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞RUNX2基因在mRNA水平表達(dá)量降低(P=0.018);S-PEEK組骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞RUNX2基因在mRNA水平表達(dá)量亦降低(P<0.01);GO-PEEK組RUNX2基因在mRNA水平表達(dá)量增高(P<0.01,見(jiàn)圖4)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:與空白對(duì)照相比,間充質(zhì)干細(xì)胞與PEEK支架共培養(yǎng)后,COLLA1基因在mRNA水平表達(dá)下調(diào)未見(jiàn)明顯差異;而與S-PEEK支架共培養(yǎng)后,出現(xiàn)表達(dá)量下調(diào)(P<0.01);與GO-PEEK共培養(yǎng)后,COLLA1基因在mRNA水平表達(dá)量增高(P<0.01,見(jiàn)圖4)。

相比較于空白對(duì)照組,PEEK組及S-PEEK組OCN基因表達(dá)量呈下調(diào)趨勢(shì),S-PEEK組明顯下調(diào)(P<0.01);而GO-PEEK組OCN基因在mRNA水平表達(dá)量增高,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01,見(jiàn)圖4)。

3 討論

聚醚醚酮是一種聚芳半結(jié)晶熱塑性聚合物,其分子結(jié)構(gòu)為(—C6H4—O—C6H4—O—C6H4—CO—)n[3]。其物理性質(zhì)如下:①水溶性(室溫下)是0.5%(W/W)[5];②除98%的硫酸外,不溶于任何傳統(tǒng)溶劑[9];③彈性模量約為3-4 GPa,與人類(lèi)骨密質(zhì)(7-30 GPa)相比略顯不足[4];④具有較好的熱性能,在體內(nèi)有較強(qiáng)的穩(wěn)定性[3]。除了這些優(yōu)良特性外,PEEK材料還具有良好的耐化學(xué)腐蝕性能、無(wú)毒性、天然的輻射透射性能和磁共振成像兼容性等[10]。由此可知,PEEK材料在顱頜面重建中的應(yīng)用無(wú)可非議,然而,因?yàn)槿狈Τ跗谥苯庸浅练e和后期骨結(jié)合的能力,它在重建后的骨承重方面的應(yīng)用是有限的[5]。同樣,PEEK材料的生物惰性以及較差的抗菌性也在很大程度上限制了其在臨床工作中的應(yīng)用[11]。研究提示RUNX2是調(diào)控成骨細(xì)胞、促進(jìn)骨性形成的關(guān)鍵性調(diào)控因子[12],COL1A1型膠原蛋白是骨骼、皮膚和肌腱等許多人體組織中最豐富的膠原蛋白。COL1A1基因的功能喪失與成骨不全癥(脆骨病)密切相關(guān)[13]。OCN骨鈣蛋白是成骨的主要標(biāo)記物[14]。本研究通過(guò)在PEEK組檢測(cè)上述基因表達(dá)情況,結(jié)果發(fā)現(xiàn),將SD大鼠下頜骨骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞與PEEK材料共培養(yǎng)時(shí),細(xì)胞的增殖能力逐漸減弱,與無(wú)支架培養(yǎng)的對(duì)照組相比較,成骨相關(guān)基因RUNX2、COL1A1、OCN的表達(dá)量下調(diào)(P<0.05)。說(shuō)明PEEK材料本身不利于促進(jìn)骨組織在材料表面沉積及形成穩(wěn)定的骨結(jié)合。這可能與其自身生物惰性、較差的抗菌性以及支架本身表面缺乏微空隙結(jié)構(gòu),不利于細(xì)胞沉積密切相關(guān)。

為了增加PEEK材料周?chē)墙M織的沉積以及生物學(xué)性能,可以采用表面結(jié)構(gòu)改性或進(jìn)行生物活性物質(zhì)表面涂層等方法[15,16]。經(jīng)過(guò)改性的PEEK復(fù)合材料在一定程度上提高了單一PEEK材料的彈性模量,促使其近似于皮質(zhì)骨(18 GPa),在一定程度優(yōu)化了其骨誘導(dǎo)能力以及材料本身抗菌性能。本研究通過(guò)用氧化石墨烯混懸液(GO)處理PEEK支架,形成GO-PEEK復(fù)合支架,并在此基礎(chǔ)上研究其生物學(xué)性能及成骨性能。但是由于PEEK材料為惰性材料,很難在其表面形成理想的微孔隙結(jié)構(gòu),GO混懸液的附著率及后期成骨雖仍不盡人意。有一種提高PEEK材料骨結(jié)合能力的方法例如在其表面增添孔隙結(jié)構(gòu),多孔的表面結(jié)構(gòu)能顯著促進(jìn)軟硬組織的生長(zhǎng),從而創(chuàng)造了更多的生物錨定,以此提高植入物的穩(wěn)定性[17]。研究認(rèn)為,應(yīng)用于金屬表面的微孔隙結(jié)構(gòu)包括噴砂[18]、微弧氧化[19]、陽(yáng)極氧化[20]、酸蝕[21]以及堿處理[22]。但是大量硫官能團(tuán)產(chǎn)生的硫化作用直接導(dǎo)致細(xì)胞中DNA的損傷[23]。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)過(guò)濃硫酸處理的PEEK材料表面可形成理想的網(wǎng)絡(luò)微孔隙,這種結(jié)構(gòu)在體外能更好地促進(jìn)細(xì)胞黏附、細(xì)胞增殖、骨分化且大幅增強(qiáng)骨整合和骨植入物在體內(nèi)的結(jié)合強(qiáng)度[24]。因此本研究采用98%濃硫酸酸化處理PEEK支架(S-PEEK),改善PEEK材料自身的不足,促使其結(jié)構(gòu)更趨近于下頜骨的篩狀結(jié)構(gòu),從而在一定程度促進(jìn)GO混懸液的附著率;后期成骨能力;改善其細(xì)胞損傷、抗菌性能不足等劣勢(shì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)S-PEEK支架具有比PEEK支架更明顯的細(xì)胞毒性作用,附著在其中的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞生物學(xué)活性明顯降低(P<0.01),成骨能力幾乎為零。推測(cè)可能與S-PEEK支架表面殘留的酸性物質(zhì),直接導(dǎo)致細(xì)胞中DNA的損傷相關(guān)。

氧化石墨烯含有sp2雜化碳原子,并且具有大量的活性氧官能團(tuán)[25]。GO通過(guò)疏水性和靜電作用顯著改善與蛋白質(zhì)的相互影響,并有可能潛在地增強(qiáng)干細(xì)胞的成骨分化[6]。此外,GO納米片對(duì)革蘭氏陰性和革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌表現(xiàn)出明顯的抗菌能力[26]。因此,GO廣泛應(yīng)用于生物傳感器、細(xì)胞成像、納米探針、藥物傳遞和組織工程等生物技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域[27,28]。但是,GO生物反應(yīng)的變化取決于其層數(shù)、剛度、疏水性、表面功能化、劑量、靶細(xì)胞中活性氧的生成以及GO極高的疏水性表面均可能導(dǎo)致直接的物理毒性或生物分子的吸附作用引起間接毒性。有研究表明[8]:GO溶液比GO涂層具有更高的毒性,因?yàn)镚O的粗糙邊緣可以穿透細(xì)胞膜,破壞正常的細(xì)胞功能。因此,將GO結(jié)合在無(wú)毒副作用的基質(zhì)上,可以限制其流動(dòng)性(從而避免其與細(xì)胞之間不必要的相互作用),以此可調(diào)整GO尺寸,從而使控制細(xì)胞毒性降到可接受的水平以下。本實(shí)驗(yàn)研究通過(guò)GO溶液充分覆蓋在經(jīng)酸化的多孔PEEK支架表面(GO-PEEK),結(jié)果發(fā)現(xiàn):將SD大鼠下頜骨骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞與GO-PEEK材料共培養(yǎng)時(shí),細(xì)胞的增殖能力增強(qiáng)(P<0.01),與PEEK和S-PEEK支架材料相比較,成骨相關(guān)基因RUNX2、COL1A1、OCN的表達(dá)量顯著升高(P<0.01)。

以上結(jié)果表明:GO-PEEK復(fù)合支架在一定程度上改善了PEEK自身的生物惰性、較差的抗菌性、缺乏初期直接骨沉積和后期骨結(jié)合的能力;中和優(yōu)化了因?yàn)镾-PEEK支架表面殘留的酸性物質(zhì)直接導(dǎo)致的細(xì)胞DNA損傷;優(yōu)化了GO本身極高的疏水性表面導(dǎo)致的直接物理毒性和生物分子吸附作用引起地間接細(xì)胞毒性。GO-PEEK對(duì)間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨相關(guān)有一定促進(jìn)作用。是一種新型的具有良好抗菌性能及成骨能力的下頜骨缺損修復(fù)材料,最終可拓寬骨組織工程在頜面部骨缺損領(lǐng)域的應(yīng)用。