背景:骨缺损通常是由于创伤、感染、骨肿瘤切除或骨代谢性疾病引起的。当骨缺损的长度超过临界尺寸时,骨组织无法自行愈合,往往需要进行骨移植重建。目前临床上采用的治疗方法主要是自体骨或异体骨移植。自体骨移植被认为是治疗骨缺损的金标准,因为其具有良好的成骨活性并且不会引起免疫排斥反应;但是自体骨移植物的供应有限,而且供区手术存在继发性损伤和感染的风险。异体骨移植是另一种常用的替代方案,其来源广泛并且无需额外的手术,但是免疫排斥反应和潜在的流行病传播风险限制了其广泛应用。由于自体骨移植和异体骨移植的这些缺点,骨组织工程（Bone Tissue Engineering,BTE）逐渐得到了研究者们的广泛关注,他们在过去十几年内一直致力于研发由各种生物相容性材料制成的骨移植替代物。骨组织工程支架在骨组织工程的应用中发挥着重要作用。作为理想的骨组织工程支架,通常应当同时具有以下优异特性:（1）良好的生物相容性,以避免在体内引起炎症和排斥反应;（2）良好的力学性能,可以提供一定的支撑;（3）适宜的孔径和孔隙率,可以为骨细胞提供良好的生长条件,增加宿主细胞的迁移和增强成骨分化;（4）适宜的降解速率,并且代谢产物无毒性。目前被广泛研究的骨组织工程支架主要包括金属、陶瓷和聚合物支架。其中,聚醚醚酮（Polyetheretherketone,PEEK）作为一种热塑性的芳香族半结晶合成聚合物,具有良好的生物相容性、化学稳定性、与骨组织相似的弹性模量和天然的放射透光性等优异性能,已逐渐发展成为骨科领域的植入性材料并且有望应用于大尺寸骨缺损的修复治疗。然而,由于聚醚醚酮的生物惰性表面,导致其在体内的成骨能力较差且与周围骨组织整合不良;同时,聚醚醚酮的高熔点使得传统的加工方式很难制备出具有定制形状和精准多孔结构的植入物。这些缺点限制了聚醚醚酮在临床上的进一步应用。因此,设计和制备具有三维多孔结构和生物活性表面的复合聚醚醚酮支架是满足临床上治疗骨缺损需要的关键。近年来,3D打印技术已经成为生物医学应用领域的一种变革工具,特别是在骨组织工程方向。通过该技术可以将不同种类的生物材料制备成具有定制形状、孔径、孔隙率和孔间连通性的多孔支架,为细胞黏附和增殖提供了适宜的条件;同时也有利于新生骨和微血管的形成,骨组织可以长入多孔支架的内部,从而产生令人满意的骨整合。目前,熔融沉积成型（Fused Deposition Modeling,FDM）的创新已经允许打印耐高温聚合物,这意味着可以通过3D打印技术制造具有定制形状和精准三维多孔结构的聚醚醚酮支架。为了提升聚醚醚酮植入物的表面性能以获得更好的生物学活性,研究者们通过物理化学改性、涂层沉积或生物功能化等方法来改变聚醚醚酮的表面形貌和化学性质,多种不同的改性方法可以共同使用,以实现所需的表面性能。其中,磺化是比较常用的一种化学改性方法,它可以在聚醚醚酮表面产生直径小于5μm的微孔网络,从而增加表面粗糙度,这有利于进一步包覆生物活性材料。紫外光（Ultraviolet,UV）接枝也是一种常见的物理化学改性技术,可以在聚醚醚酮表面生成反应性官能团,从而增强聚醚醚酮表面的生物活性,以达到更理想的成骨能力和骨整合。目的:本研究的目的是通过结合3D打印技术和表面改性的方法,制备出具有三维多孔结构和生物活性表面的复合聚醚醚酮支架,作为骨移植材料的替代品,以期解决临床上骨缺损治疗的问题。这种复合PEEK支架具有大孔与微孔结合的三维多孔结构,有利于细胞的黏附与增殖,同时也有利于新生骨和微血管的长入;生物活性表面可以增强复合PEEK支架的成骨活性和骨整合能力。通过表征复合PEEK支架的理化性质,并进行体外及体内生物实验,分析复合PEEK支架的三维多孔结构和生物活性表面等相关因素与骨缺损修复之间的关系,进一步探索其促进骨修复和增强骨整合性能的机理,为开发聚醚醚酮骨移植材料用于骨缺损修复提供新思路与新方法。方法:1.采用3D打印技术,制备出不同尺寸的多孔聚醚醚酮支架,对支架进行磺化处理;然后对支架的形貌结构、力学性能和亲水性能等进行评估。2.通过紫外光接枝的方法,将甲基丙烯酸酯化壳聚糖/多面体低聚倍半硅氧烷（CSMA/POSS）纳米复合材料接枝到多孔聚醚醚酮支架上,并对其形貌结构、化学组成、亲水性能、蛋白吸附能力和体外矿化能力等进行评价。3.将复合聚醚醚酮支架与大鼠骨髓间充质干细胞（Rat Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells,rBMSCs）共培养,采用细胞增殖实验和活/死细胞染色评估复合PEEK支架的生物相容性;通过扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜观察rBMSCs在复合支架上的形态;通过碱性磷酸酶染色及茜素红染色观察rBMSCs在复合PEEK支架上的成骨分化和钙结节沉积情况;通过RT-PCR和Western Blot实验评估rBMSCs在复合PEEK支架上的成骨相关基因和蛋白表达情况。4.建立大鼠颅骨缺损模型,将复合聚醚醚酮支架植入到骨缺损中,于术后4周和8周对大鼠颅骨标本进行Micro-CT检测及组织切片染色,通过体内骨缺损修复实验进一步评价复合PEEK支架的成骨修复能力和骨整合情况。结果:1.本研究成功通过3D打印技术制备了不同尺寸的多孔聚醚醚酮支架,其表面光滑,孔径均匀、孔间连通性良好,同时具有一定的抗压性能,磺化处理后支架表面形成了微孔网络。2.通过紫外光接枝方法成功制备了CSMA/POSS纳米复合材料修饰的三维多孔复合聚醚醚酮支架。通过FTIR和XPS测试证实了CSMA/POSS成功接枝到多孔聚醚醚酮支架表面;通过扫描电子显微镜观察了复合PEEK支架的表面及截面形貌,支架表面和单元孔内均形成了纳米复合物凝胶网络,说明本研究成功构建了三维多孔复合聚醚醚酮支架;表面改性后,复合PEEK支架的表面亲水性能、蛋白吸附能力和体外矿化能力较未改性组均有提升。3.通过CCK-8检测及活/死细胞染色实验验证了复合PEEK支架具有良好的生物相容性;通过扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜证明复合PEEK支架有利于细胞黏附和迁移;通过碱性磷酸酶染色和茜素红染色验证了复合PEEK支架具有促进rBMSCs成骨分化和钙结节沉积的能力;通过RT-PCR和Western Blot实验在基因和蛋白表达层面证明了复合PEEK支架具有诱导成骨分化的作用。4.通过将复合PEEK支架植入大鼠颅骨缺损模型,从micro-CT扫描分析和组织切片染色结果证实了复合PEEK支架具有更好的促成骨修复能力和良好的骨整合。结论:通过结合3D打印技术和表面改性的方法可以成功制备CSMA/POSS纳米复合材料修饰的三维多孔复合聚醚醚酮支架。该复合支架具有大孔与微孔相结合的三维多孔结构和CSMA/POSS生物活性表面,可以增强其体内骨整合和促成骨修复的能力,为开发聚醚醚酮骨移植材料用于修复骨缺损提供了新思路与新方法。