骨肉瘤是一種常見的惡性腫瘤，往往發(fā)生于青少年身上，其發(fā)病率估計在未來幾十年內還會越來越高。外科切除術是治療骨肉瘤的“金方法”，但難以完全切除的癌細胞容易復發(fā)，并且術后留下的大面積骨缺損難以通過自身修復機制來修復，這就需要植入骨植入材料來填充或者誘導骨再生。特種高分子聚醚醚酮（PEEK）因力學性能與人皮質骨相似的優(yōu)勢，以成為骨植入材料的熱門人選。然而，PEEK自身固有的生物惰性嚴重限制了其在臨床上更寬廣的應用。傳統(tǒng)PEEK的研究主要集中與如何提高其骨整合和抗菌性能，還沒有研究報道PEEK材料在抑制腫瘤方面的實例。因此，如何賦予PEEK抗癌特性，并防治術后感染是拓寬PEEK材料在骨腫瘤應用領域的關鍵。
為了解決這一難題，四川大學化學工程學院鄧怡團隊在前期醫(yī)用特種PEEK基高分子及表面生物功能化研究的工作基礎上，開發(fā)了一種具有抗癌抑菌雙功能的聚醚醚酮植入體（圖1）：通過聚多巴胺—鈦金屬元素的金屬配位絡合作用將新型二維材料MXene修飾在多孔磺化聚醚醚酮（SP）表面，隨后借助邁克爾加成和席夫堿反應將GelMA水凝膠固定到材料表面，提高材料整體生物活性。MXene不僅能負載抗菌藥物妥布霉素（Tobramycin），還能與聚多巴胺協(xié)同共振產生更強的光熱效應（PTT），用于殺死癌癥細胞。實驗結果表明，在PBS溶液環(huán)境中，修飾后的PEEK植入體能快速升溫到55℃左右，通過10分鐘照射可對殘留骨腫瘤細胞進行高效殺滅，表現(xiàn)出良好的抗癌作用（圖2）。
圖1. 具有抗癌抑菌雙功能的聚醚醚酮植入體功能示意圖
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圖2. 抑制骨腫瘤細胞能評價
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除了能達到殺死殘留骨肉瘤細胞的目的外，負載在植入體表面的抗生素妥布霉素由于光熱降解GelMA水凝膠而釋放出來，達到術后殺菌的作用。此外，體內體外實驗均證實，該植入體表面還能促進骨細胞增殖，促進堿性磷酸酶分泌、鈣結節(jié)生成，最終實現(xiàn)骨腫瘤切除術后的骨整合和骨再生。該MXene基水凝膠涂層賦予了惰性PEEK植入體優(yōu)異的抗癌/抑菌/成骨多重生物特性，大大拓展了PEEK材料在骨腫瘤治療中的臨床應用范圍。
圖3. 細胞相容性及成骨性能評價
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以上相關成果以“MXene-BasedHydrogels Endow Polyetheretherketone with Effective Osteogenicity and CombinedTreatment of Osteosarcoma and Bacterial Infection”為題近期在線發(fā)表于ACS?Appiled Materials & Interfaces?（doi.org/10.1021/acsami.0c14752）。四川大學化工學院研究生殷捷為該論文第一作者，四川大學化工學院鄧怡副研究員和四川大學華西口腔醫(yī)學院謝璐博士為通訊作者。本研究工作得到國家自然科學基金（81801848, 81961160736）、四川省科技廳科研項目（2017FZ0046,2018JZ0026, 2019YJ0141）、中科協(xié)青年人才托舉工程計劃、成都市國際合作項目（2017-GH02-00025-HZ,2020-GH03-00005-HZ）、川大高分子材料工程國家重點實驗室自主課題（sklpme2019-2-05）、川大青年科技學術帶頭人培育項目等的資助。
