材料學(xué)院孫曉丹課題組開發(fā)雙功能涂層解決種植體無菌性松動
????????近日，清華大學(xué)材料學(xué)院孫曉丹課題組創(chuàng)新性提出通過雙向協(xié)同克服鈦金屬植入物的無菌性松動問題，通過鈦金屬表面牢固結(jié)合的PLGA@阿司匹林納米纖維涂層持續(xù)發(fā)揮促進骨整合和抑制炎癥性骨破壞的雙重功效，打破雙向破壞無菌性松動的惡性循環(huán)圈，促進人工關(guān)節(jié)假體表面改性方向的應(yīng)用研究。
隨著人們對于人工骨關(guān)節(jié)置換需求的增加，急需開發(fā)更加有效的人工骨植入物。而目前人工骨植入物植入人體后往往面臨中長期的翻修手術(shù)，其主要原因在于植入物的無菌性松動問題。骨植入物上通過各途徑所產(chǎn)生的磨損顆粒脫離表面進入體液后，將激起體內(nèi)巨噬細(xì)胞的“保護機制”，外在表現(xiàn)為無菌性的炎癥反應(yīng)；此反應(yīng)產(chǎn)生的細(xì)胞因子將參與破骨細(xì)胞的活化，最終導(dǎo)致植入物表面的真骨溶解，植入物松動（即無菌性松動）；松動的加劇導(dǎo)致更多的磨損顆粒進入體液，循環(huán)往復(fù)，最終面臨人工骨植入物的失效。
????????目前解決此問題的主流方法是單向通過抑制無菌性炎癥反應(yīng)來降低無菌性松動的效果，但究其根本不能完全阻止磨損顆粒進入已存在的真骨與植入物之間的縫隙，所以加強植入物的骨整合效果或許是打破上述惡性循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。
????????基于此，清華大學(xué)材料學(xué)院孫曉丹課題組和蘇州大學(xué)附屬第一醫(yī)院骨科林俊課題組合作，從“強骨整合”和“抗炎癥”兩個環(huán)節(jié)入手，利用靜電紡絲技術(shù)將負(fù)載阿司匹林（一種經(jīng)典非甾體抗炎藥）的PLGA噴涂在聚多巴胺（PDA）修飾的鈦金屬表面，形成與鈦金屬基體結(jié)合牢固的PLGA@阿司匹林納米纖維涂層，該涂層可穩(wěn)定持續(xù)釋放阿司匹林至少60天。體外細(xì)胞實驗表明，該涂層可以促進骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSCs）的增殖及成骨分化，同時還能抑制巨噬細(xì)胞的M1極化，以及RANKL誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞活化。動物實驗也證實該納米纖維涂層可以顯著促進鈦金屬植入物的骨整合性能，并在磨損顆粒刺激下，有效抑制磨損顆粒誘導(dǎo)的植入物周圍骨溶解，維持植入物的骨整合性能。
此項工作在《生物材料》（Biomaterials）發(fā)表了題為“靜電紡PLGA@阿司匹林納米纖維涂層雙向協(xié)同克服鈦金屬植入物無菌性松動問題”（Dual directions to address the problem of aseptic loosening via electrospun PLGA @ aspirin nanofiber coatings on titanium）的研究論文。
圖1? 動物實驗示意圖
圖2? micro-CT 3D重建圖像顯示鈦金屬植入物周圍骨生成情況
????????論文的共同第一作者是清華大學(xué)材料學(xué)院的本科生韋堯潔、碩士生劉中群和蘇州大學(xué)附屬第一醫(yī)院骨科的碩士生朱旭，清華大學(xué)材料學(xué)院副研究員孫曉丹和蘇州大學(xué)附屬第一醫(yī)院骨科副研究員林俊為論文的共同通訊作者。
????????論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.120237
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