贻贝衍生抗菌肽-掺锂磺化聚醚醚酮的制备及其骨整合-抗菌研究

来源 :苏州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhang506079845
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目的:聚醚醚酮(PEEK)具有优良的耐疲劳性、透光性和耐腐蚀性,力学性能与骨组织相匹配等优点,被视为是具有临床应用前景的骨植入材料。然而,PEEK材料的生物惰性使得种植体与宿主骨组织之间的骨整合性能力较差;另外其对细菌微生物的易感性,容易造成植入物相关性感染。针对PEEK材料应用的局限性,本研究通过改性PEEK材料,从而赋予PEEK材料促进骨整合和抗细菌感染双重生物医学功能。方法:我们使用浓硫酸磺化技术制备含有-SO3H基团的多孔的磺化聚醚醚酮(SPEEK),然后利用表面化学修饰技术制备掺锂磺化聚醚醚酮(SPEEK-Li),最后,受贻贝足蛋白(Mfps)的启发,我们采用标准Fmoc固相肽合成策略,引入生物活性肽段阳离子抗菌肽(RWRWRW),制备了贻贝衍生活性抗菌肽DOPA4-PEG5-RWRWRW,合成的贻贝衍生抗菌肽可以通过贻贝足蛋白(Mfps)黏附在掺锂磺化聚醚醚酮(SPEEK-Li),从而得到了贻贝衍生抗菌肽-掺锂磺化聚醚醚酮(SPEEK-Li-AMP)。材料表征检测方面,我们采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)、水接触角仪(WCA)及电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)对材料进行表征分析;同时,我们通过细胞活/死染色、细胞增殖实验(CCK-8)及细胞形态观察评估材料的生物相容性;骨整合方面,我们使用细胞免疫荧光(ICF)染色、反转录-聚合酶链反应(RT-PCR)以及碱性磷酸酯酶(ALP)染色、茜素红(ARS)染色评估材料的成骨分化能力,体内股骨远端髓内植入棒模型验证其骨整合能力;抵抗微生物感染方面,我们采用细菌活/死染色、透射电子显微镜(TEM)及细菌涂板实验评估材料的抗菌能力,体内骨髓炎模型验证了其抗感染能力。结果:扫描电子显微镜(SEM)及原子力显微镜(AFM)结果显示SPEEK-Li-AMP材料表面为三维多孔的结构;X射线光电子能谱(XPS)显示SPEEK-Li-AMP材料表面的锂元素及氮元素;水接触角仪(WCA)检测表明了 SPEEK-Li-AMP材料具有更好的亲水性;细胞活/死染色、细胞增殖实验(CCK-8)证明了 SPEEK-Li-AMP材料具有良好的生物相容性;体外成骨实验证实,材料中锂离子的释放有利于骨髓间充质干细胞(BMSCs)的成骨分化,体内甲苯胺蓝染色及Mico-CT验证了 SPEEK-Li-AMP有效提高植入物周围骨量,促进了植入物-骨界面的骨整合能力。体外细菌实验检验了 SPEEK-Li-AMP抵抗革兰氏阳性细菌及革兰氏阴性细菌的活性,体内金黄色葡萄球菌感染的骨髓炎模型验证了抗菌肽涂层可以抑制植入物周围细菌感染,减少细菌感染引起的骨丢失。结论:贻贝衍生抗菌肽-掺锂磺化聚醚醚酮(SPEEK-Li-AMP)具有良好的生物相容性,可通过调节骨髓间充质干细胞(BMSCs)成骨方向分化,促进植入物-骨界面骨整合,而且具备抵抗革兰氏阳性及革兰氏阴性菌的感染。总而言之,这种利用表面化学修饰及贻贝衍生抗菌肽黏附特性改进聚醚醚酮(PEEK)的骨整合不足及细菌感染的策略是一种简单、有效的方法。
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