这篇文档属于类型a，是一篇关于功能性聚醚酮酮（PEKK）复合支架促进骨整合和骨再生的原创研究论文。以下是针对该研究的学术报告：

一、作者及发表信息

本研究由Qianwen Yang、Anbei Chen、Xin Zhang、Zhaoying Wu*、Chao Zhang（通讯作者）合作完成，作者单位均来自中山大学深圳校区生物医学工程学院。研究成果发表于期刊Materials Today Bio（2025年卷31期，文章编号101533），于2025年1月29日在线发布，遵循CC BY 4.0开放获取许可。

二、学术背景

研究领域与动机

本研究属于骨组织工程与生物材料领域，聚焦于解决临床中因创伤或疾病导致的骨缺损修复难题。聚醚酮酮（PEKK）因其优异的生物相容性和与骨相近的力学性能，常被用作骨科植入材料。然而，PEKK的生物学惰性导致其抗炎性和骨整合能力不足，易引发植入失败。

科学问题与目标

研究团队提出通过3D打印技术构建一种新型PEKK/生物玻璃（Bioglass, BG）复合支架（SPBC），结合冷冻凝胶（cryogel）填充，旨在：
1. 提升PEKK的表面亲水性和粗糙度，增强细胞黏附；
2. 通过释放生物活性离子（Si、Ca、Sr、Ce）调控免疫微环境，促进巨噬细胞向抗炎表型（M2型）极化；
3. 促进大鼠间充质干细胞（rMSCs）的成骨分化，最终实现植入体与宿主骨的高效整合。

三、研究流程与方法

1. 材料制备与表征

• 生物玻璃（BG）合成：采用溶胶-凝胶法，以硅酸四乙酯（TEOS）为前驱体，掺入Ca、Sr、Ce离子，经600℃烧结获得BG纳米颗粒（直径约222.91 nm）。
  
• 复合支架构建：
  
  • 3D打印：将PEKK与BG混合后通过熔融沉积成型（FDM）技术打印多孔支架，参数为喷嘴温度360℃、打印速度20 mm/s。
    
  • 磺化处理：浓硫酸处理1分钟，形成表面微孔结构（孔径~400 μm），提升粗糙度（Sa=2.22 μm）。
    
  • 冷冻凝胶填充：将磺化支架浸入甲基丙烯酰化明胶（GelMA）溶液，紫外交联后冷冻形成多孔网络结构（孔隙率54.21%）。
    
• 表征技术：
  
  • SEM/EDS：分析形貌与元素分布；
    
  • FTIR/EPR：验证PEKK与GelMA的共价键结合；
    
  • 接触角测试：SPBC亲水性显著提升（接触角25.54° vs. PEKK的107.59°）；
    
  • 力学测试：压缩模量194.16 MPa，与松质骨匹配（0.1–4.5 GPa）。
    

2. 体外生物学评价

• 蛋白质吸附：
  
  • 体外：SPBC对纤维连接蛋白（Fibronectin）和玻连蛋白（Vitronectin）的吸附量分别为243.82 ng/mL和4166.53 ng/mL，显著高于未处理PEKK。
    
  • 体内：植入大鼠股骨24小时后，Western blot证实SPBC吸附的ECM蛋白最多。
    
• 细胞行为研究：
  
  • rMSCs黏附与铺展：SPBC组细胞24小时后呈梭形，黏着斑（Focal Adhesion, FA）面积增大，FAK磷酸化（p-FAK Y397）水平提升1.8倍；
    
  • 成骨分化：ALP活性、钙结节（ARS染色）及成骨基因（Runx2、OCN）表达均显著高于对照组。
    
• 巨噬细胞极化：
  
  • Raw264.7细胞：SPBC促进M2型极化（CD206+比例65.5%），抑制促炎因子TNF-α，促进抗炎因子IL-10分泌。
    

3. 体内骨修复实验

• 动物模型：45只SD大鼠股骨缺损植入支架（φ3×4 mm），分组为PEKK（P）、磺化PEKK（SP）、SPBC。
  
• 评价指标：
  
  • Micro-CT：12周时SPBC组骨体积分数（BV/TV）达23.11%，显著高于SP组（18.30%）；
    
  • 组织学：Masson染色显示SPBC组新生骨与植入体接触率（39.12%）最高，无纤维包裹。
    

四、主要结果与逻辑链条

1. 表面改性增强细胞相互作用：磺化与冷冻凝胶填充协同提升PEKK的亲水性和蛋白吸附能力，通过FAK信号通路促进rMSCs黏附与铺展。
   
2. 免疫调控促进成骨：BG释放的Sr²⁺和Ce³⁺/Ce⁴⁺抑制NF-κB通路，驱动巨噬细胞向M2型极化，营造抗炎微环境。
   
3. 体内验证骨整合效果：SPBC通过持续释放离子和结构优势，实现早期炎症控制与晚期骨再生，12周时缺损区完全修复。
   

五、结论与价值

科学意义

• 机制创新：首次阐明PEKK表面磺化与BG离子释放的协同作用，提出“免疫-成骨耦合”调控策略。
  
• 方法学贡献：开发了紫外接枝GelMA冷冻凝胶的技术，避免外源性光引发剂的使用。
  

应用前景

SPBC支架兼具力学适配性、抗炎性和成骨活性，有望作为骨科植入材料应用于大段骨缺损修复。

六、研究亮点

1. 多尺度结构设计：宏观多孔（3D打印）+微观粗糙（磺化）+纳米离子释放（BG）的三级结构优化。
   
2. 双功能调控：同时解决PEKK的细胞黏附不足和免疫排斥问题。
   
3. 跨学科技术整合：融合材料科学（溶胶-凝胶法）、生物工程（冷冻凝胶）与免疫学（巨噬细胞极化）。
   

七、其他价值

• 数据开放性：所有数据可依请求获取，支持后续研究；
  
• 临床转化潜力：支架制备工艺（3D打印+FDM）易于规模化，符合产业化需求。
  

（全文约2000字）