具有成骨和抗肿瘤功能的多孔聚醚醚酮复合支架的制备

doi:10.7503/cjcu20260119

摘要/Abstract

摘要：

通过溶液沉淀法合成了羟基磷灰石纳米棒(nHAp)，模拟天然骨基质的无机成分，增强了材料的骨传导性；通过水热法合成了磷酸钼钴微米棒(CPMmr)，利用其介导的类芬顿反应催化过氧化氢生成羟基自由基，实现了对肿瘤细胞的有效杀伤；通过相转化法制备了具有连续贯通指状大孔和微米小孔的多孔聚醚醚酮(PEEK)支架，以促进细胞迁移、营养物质交换及组织长入. 将CPMmr与nHAp均匀分散于甲基丙烯酯化的氧化透明质酸(AHAMA)与聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(PEGMA)复合水凝胶前驱液中，通过紫外光引发聚合将其接枝到多孔PEEK支架表面，合成了具有成骨活性及抗肿瘤功能的多孔PEEK复合支架. 体外细胞实验结果表明，多孔PEEK复合支架对小鼠胚胎成骨细胞前体细胞(MC3T3-E1)具有良好的生物相容性，且能显著促进成骨相关基因的表达水平. 此外， CPMmr可在肿瘤微环境中介导类芬顿反应，显著提升了人骨肉瘤细胞(MG-63)的氧化应激水平，导致活性氧积累并使肿瘤细胞凋亡，显示出良好的抗肿瘤效果.

关键词: 羟基磷灰石, 磷酸钼钴微米棒, 多孔聚醚醚酮, 成骨活性, 抗肿瘤效果

Abstract:

Hydroxyapatite nanorods（nHAp） were synthesized using a solution precipitation method to mimic the inorganic composition of natural bone matrix， enhancing the osteoconductivity of the material. Concurrently， cobalt molybdenum phosphate microrods（CPMmr） were synthesized through a hydrothermal method. Their mediated Fenton-like reaction can catalyze the conversion of hydrogen peroxide into hydroxyl radicals， achieving effective tumor cell killing. A porous polyether ether ketone（PEEK） scaffold with continuous interconnected finger-like macropores and micropores was prepared using phase inversion to promote cell migration， nutrient exchange， and tissue ingrowth. CPMmr and nHAp were uniformly dispersed in a composite hydrogel precursor solution of methylacrylated oxidized hyaluronic acid（AHAMA） and polyethylene glycol methacrylate（PEGMA）， then they were grafted onto the porous PEEK scaffold surface through UV-initiated polymerization， synthesizing a porous PEEK composite scaffold with osteogenic activity and anti-tumor properties. In vitro cell experiments demonstrated that the porous PEEK composite scaffold exhibits excellent biocompatibility with mouse embryonic osteoblast precursor cells（MC3T3-E1） and significantly enhances the expression levels of osteogenesis-related genes. Furthermore， the presence of CPMmr mediates a Fenton-like reaction within the tumor microenvironment， significantly elevating oxidative stress levels in human osteosarcoma cells（MG-63）. This leads to reactive oxygen species accumulation and induces tumor cell apoptosis， demonstrating potent anti-tumor effect.

Key words: Hydroxyapatite, Cobalt molybdenum phosphate microrod, Porous poly ether ether ketone, Osteogenesis activity, Anti-tumor effect

中图分类号:

O631

TrendMD:

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图/表 14

Fig.1 1H NMR spectra of 1,1⁃bis(4⁃fluorophenyl)⁃N⁃phenylmethanimine(A) and PEEKt(B)

Fig.2 TEM image(A), XRD pattern(B) and FTIR spectrum(C) of nHAp

Fig.3 SEM image(A) and element mapping images(B—E) of CPMmr（B） O；（C） P；（D） Mo；（E） Co.

Fig.4 Degradation of MB by solutions containing 100 μg/mL CPMmr, H₂O₂, CPMmr+H₂O₂, and CPMmr+H₂O₂(HCO3-) after 10 min(A), CPMmr+H₂O₂(HCO3-) solutions with different CPMmr concentrations after 30 min(B), and 250 μg/mL CPMmr+H₂O₂(HCO3-) solutions under different time(C)The HCO₃⁻ mentioned above represents 25 mmol/L NaHCO₃ solution.

Fig.5 Cell viability of MG⁃63 co⁃cultured with CPMmr at different concentrations after 24 h*p＜0.05， **p＜0.01， **p＜0.001.

Fig.6 1H NMR spectra of AHA(A) and AHAMA(B)

Fig.7 DSC curves(A) and XRD patterns(B) of PEEKt(a) and porous PEEK scaffold(b)

Fig.8 SEM images of top view(A, B) and front view(C, D) of porous PEEK scaffold

Fig.9 SEM images of top view(A, B, D, E, G, H, J, K) and front views(C, F, I, L) of porous AP/PEEK composite scaffold(A—C), porous CPMmr@AP/PEEK composite scaffold(D—F), porous nHAp@AP/PEEK composite scaffold(G—I) and porous CH@AP/PEEK composite scaffold(J—L)

Fig.10 Calcium⁃AM/PI staining image of porous AP/PEEK composite scaffold, porous CPMmr@AP/PEEK composite scaffold, porous nHAp@AP/PEEK composite scaffold and porous CH@AP/PEEK composite scaffold with MC3T3⁃E1 cells

Fig.11 Quantification by RT⁃PCR of ALP(A), Col⁃1(B), BMP⁃2(C) and RUNX2(D) expression in porous AP/PEEK composite scaffold(a), porous CPMmr@AP/PEEK composite scaffold(b), porous nHAp@AP/PEEK composite scaffold(c) and porous CH@AP/PEEK composite scaffold(d)*p＜0.05， **p＜0.01， **p＜0.001.

Fig.12 Calcium⁃AM/PI staining image of porous AP/PEEK composite scaffold, porous CPMmr@AP/PEEK composite scaffold, porous nHAp@AP/PEEK composite scaffold and porous CH@AP/PEEK composite scaffold with MG⁃63 cells

Fig.13 Fluorescence microscopy images of the intracellular ROS stained with DCFH⁃DA in porous AP/PEEK composite scaffold, porous CPMNr@AP/PEEK composite scaffold, porous nHAp@AP/PEEK composite scaffold and porous CH@AP/PEEK composite scaffold

Fig.14 Fluorescence microscopy images of mitochondrial membrane potential stained with JC⁃1 in porous AP/PEEK composite scaffold, porous CPMmr@AP/PEEK composite scaffold, porous nHAp@AP/PEEK composite scaffold and porous CH@AP/PEEK composite scaffold

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