HA/PEEK和CS/PEEK复合材料的骨整合能力研究

供稿人:郑纪豹 王玲

聚醚醚酮（PEEK）材料具有与自然皮质骨较为接近的力学性能，以及良好的生物兼容性和化学惰性，因此在骨替代物上具有较大的应用前景，但由于PEEK材料缺少生物活性，植入体内后不能与周围骨组织实现有效的骨整合，而采用生物陶瓷与PEEK材料进行复合是提高PEEK材料生物活性有效的方式，上海交通大学使用羟基磷灰石（HA）和硅酸钙（CS）分别与PEEK材料进行复合制备HA/PEEK和CS/PEEK复合材料，并通过动物实验研究两种材料骨整合能力。

图1 (a)复合材料微观形貌(b)材料种类(c)动物实验过程(d)缺损重建结构

使用注塑的方式制备HA/PEEK和CS/PEEK复合材料的φ8*2mm圆片样件，其中HA和CS含量为40%，在动物实验中在兔的颅骨处制造与圆片样件尺寸相同的圆形缺损，并将HA/PEEK和CS/PEEK复合材料圆片植入，样件植入4~8周后将兔处死并进行Micro-CT和组织切片检测以确定两种复合材料的骨整合能力。

通过Micro-CT检测对纯PEEK材料和两种复合材料周围骨组织进行重建，结果发现经过4周的植入后纯PEEK材料表层较为光滑并且周围没有明显新骨的形成，在HA/PEEK和CS/PEEK材料周围能够观察到少量新骨的形成，样件经过8周培养后纯PEEK材料周围仍然没有明显的骨组织的生长，HA/PEEK材料周围观察到明显的新骨的形成以及与周围骨组织的连接，CS/PEEK材料周围有大量的新骨的形成并且与周围的骨组织实现了无缝连接，说明相比纯PEEK和HA/PEEK材料，CS/PEEK材料具有较好的骨整合能力。

图2 不同材料植入后4周和8周Micro-CT重建结果

在组织切片观察中发现经植入4周后，纯PEEK材料周围没有明显的新骨的形成和骨接触，而是由一层纤维结缔组织包裹，在HA/PEEK和CS/PEEK材料周围观察到新骨的形成以及与周围骨组织的骨接触，植入8周后纯PEEK材料周围纤维结缔组织仍然存在，HA/PEEK和CS/PEEK复合材料周围明显的新骨的形成和与相邻骨的接触，相比HA/PEEK材料，CS/PEEK材料周围新骨的形成更为明显。说明CS/PEEK材料具有较好的骨整合性能，这与Micro-CT的得出的结果相一致。

本研究制备了HA/PEEK和CS/PEEK复合材料，并通过动物实验研究了纯PEEK、HA/PEEK、CS/PEEK材料骨整合能力，发现纯PEEK材料周围没有明显的新骨的形成，其骨整合能力较差，HA/PEEK和CS/PEEK材料具有较好的骨整合能力，并且CS/PEEK复合材料骨整合能力最为显著。

参考文献：
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:郑纪豹 王玲 供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室