研究背景:由于肿瘤、先天性畸形和获得性创伤等因素导致严重的骨缺损,临床大段骨再生已经成为骨相关疾病中一个重要的挑战。自体骨移植一直被认为是修复骨不连的金标准。然而,考虑到供体周围不可忽视的发病率和有限的移植骨,开辟第二术区、更长的手术时间、供体不足和高昂费用使得自体骨移植仍不能广泛应用于临床。于是,替代疗法成了目前临床上最行之有效的办法。钛等金属目前广泛应用于硬组织的损伤修复,但是应力遮蔽,临床显影等缺陷无法忽视。而PEEK作为一种已经批准上市的的骨替代材料,其生物相容性、化学稳定性、临床不显影以及与骨类似的力学性能种种优点不言而喻Pexidartinib浓度。传统的观念认为优秀的骨替代材料应该具有良好的骨整合、骨传导或骨诱导的性能,现代免疫学理念的引入,要求骨替代材料还需要有骨免疫调节能力。骨传导是指提供血管和骨长入的支架,而对于PEEK来说制备为多孔支架会牺牲其力学性能,对于受力区域的骨再生是不利的。所以提高表面极强的生物学惰性的PEEK的骨整合和骨诱导,以及其免疫调节能力是我们研究的目标。骨替代材料的植入失败大致有两种,第一是细菌侵入植入物表面,甚至是形成毒力更强的生物膜,导致骨整合不良;第二是植入物排异反应导致植入物周围纤维包裹,骨与植入材料难以直接接触,应力中断。骨植入材料最终目的就是诱导材料-组织界面特定的细胞反应和骨免疫微环境反应,使周围组织成骨成血管向转变并且避免细菌感染。实验目的:利用氟气进行高效的表面氟化处理,激活PEEK生物惰性表面。通过体内外实验探究其对骨免疫微环境的调控作用和促进成骨向转变的机制以及抗菌效果。实验方法:1.调控氟气对PEEK进行表面进行激活,制备不同含氟表面的氟化PEEK(低氟组(LF)、中氟组(MF)、高氟组(HF))2.利用全反射傅里叶红外光谱(ATR-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)、水接触角对氟化PEEK表面进行表征。3.通过体外实验(CCK-8及活死细胞染色)以及体内实验(主要器官HE染色形态学观察)评价生物相容性。4.通过扫描电镜、细胞骨架染色评价BMSCs在不同含氟表面细胞粘附情况。5.利用免疫荧光染色、流式细胞术、q PCR、Western分析氟化PEEK对巨噬寻找更多细胞极化的调控,以及骨免疫微环境的改变。6.利用ALP染色、茜素红染色、ELISA、q PCR分析,氟化PEEK调控下的免疫成骨能力,以及氟化PEEK直接作用下的成骨能力。7.利用转录组学分析氟化PEEK表面直接成骨机制。8.利用Transwell、q PCR、ELISA等证明氟化PEEK诱导下的BMSCs能反向调控巨噬细胞迁移。9.通过大鼠颅骨模型评估氟化PEEK的体内成骨能力。10.通过贴膜法、活死细菌染色、SEM、探究氟化PEEK对金黄色葡萄球菌以及大肠杆菌的杀伤能力。实验结果:1.成功合成了不同氟含量的氟化功能性表面。2.氟化PEEK具有优异的生物相容性,LF组、MF组促进BMSCs粘附,HF组抑制BMSCs粘附。3.氟化PEEK能够改善炎症微环境,能促进M1型巨噬细胞向M2型极化,并且免疫调节能力随着PEEK表面氟含量的增高而增强。4.氟化PEEK作用下的免疫微环境,能促进BMSCs成骨向转变,MF组达到最好的成骨效果。5.氟化Malaria immunityPEEK直接促进BMSCs的成骨向转变,并且MF组成骨能力最强。6.氟化PEEK表面直接促进成骨的机制与下调免疫反应,促进细胞外基质的合成有关,HF组成骨能力没有达到最强的机制为表面高渗薄膜的形成,抑制细胞粘附以及促进细胞死亡。7.氟化PEEK诱导14天的BMSCs能反向抑制巨噬细胞迁移。8.氟化PEEK能促进大鼠颅骨的再生,骨再生、骨整合性能极佳,MF组的成骨能力最强。9.氟化PEEK表面具有一定的抑菌抗菌能力,LF组抑菌(S.aureus:80.2%,E.coli:73.1%),MF组抗菌率(S.aureus:99.9%,E.coli:90.6%),HF组抗菌率为100%。结论:利用氟气激活的PEEK能按照疾病愈合时间顺序调节骨免疫微环境控制巨噬细胞以及间充质干细胞的相互作用,达到极佳的原位骨再生能力。并且拥有优异的抗菌能力。该简单高效的PEEK改性方式,将抗菌以及免疫调节促进成骨合二为一。为医用PEEK的工业化生产,以及个性化PEEK的临床推广和应用提供可能性。