近日，中山大学附属第一医院神经外科姚顺教授联合武汉理工大学材料复合新技术全国重点实验室吴庆知研究员，在国际权威生物材料期刊《Advanced Healthcare Materials》（5年IF=10.06）发表重要研究成果。该研究首次构建了一种具有表面微图案与含氧官能团的新型 PEEK/硅酸钙（PEEK/CS）复合颅骨修复材料，通过物理拓扑结构与生物活性离子双重协同，系统揭示了血管-颅骨偶联再生的核心机制。在动物模型中，该材料成功诱导了缺损边缘的新生血管形成及新骨生成，显著改善了PEEK材料的生物惰性，实现了对颅骨缺损的高效组织相容性修复。
原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adhm.202503691
研究背景
颅骨缺损修复是神经外科临床的常见挑战。骨重建过程中，血管生成与新骨形成高度耦合——新生血管为损伤组织提供营养与氧气，是骨细胞增殖分化的先决条件。聚醚醚酮（PEEK）因其高机械强度、X射线透过性良好及生物相容性优异，是颅骨修复的理想植入材料，但其固有生物惰性严重制约了临床应用。如何同步调控表面拓扑微结构与生化信号以协同促进血管-骨再生，是当前领域的关键科学问题。
研究方法
研究采用双重表面改性策略：首先通过激光烧蚀在PEEK/CS复合材料基底上构建不同周期（40–100 μm）的平行沟槽微图案（PEEK/CS-n），再经紫外辐照在表面引入含氧官能团（PEEK/CS-n-O）。理化表征显示：PEEK/CS-40-O表面水接触角由84.8°降至33.1°，蛋白吸附率提升646%；各组力学参数（抗压强度约260 MPa、模量约6.4 GPa）均满足颅骨修复力学需求。
主要结果
体外成骨（rBMSCs）
沟槽微图案引导细胞定向排列延伸，PEEK/CS-40-O组细胞长宽比最高（5.4±2.1）。机制研究证实：图案化表面通过激活integrin–FAK–YAP/TAZ机械力转导通路促进YAP/TAZ核转位（65.6±2.8%），上调RUNX2、OSX、OCN、COL1A1等成骨标志基因表达；沟槽周期越短，成骨诱导效果越显著，PEEK/CS-40-O综合成骨能力最优。
体外血管化（HUVECs）
CS释放的Si4+离子显著促进HUVECs增殖、迁移及管网形成，Matrigel管网实验中PEEK/CS-40-O组网格数、主段长度及节点数均优于对照组（p<0.05）；图案微结构进一步引导内皮细胞定向排列，与离子信号协同增效。
组织学检测揭示重要现象：PEEK/CS-40-O组CD31荧光强度在植入4周时最强，随后逐渐减弱，至12周几乎消失——提示新生血管在完成骨修复使命后发生了自发性退化，深化了对骨愈合微环境时序演变规律的认识。
结论与意义
物理路径：平行沟槽通过integrin–FAK–YAP/TAZ轴调控细胞形态与力学转导，促进成骨分化并引导内皮细胞构建血管网络。
化学路径：CS释放的Ca2+/Si4+协同促进rBMSCs分化与HUVECs管网形成。
两条路径协同作用，实现12周颅骨缺损完全修复，为PEEK基植入物在颅骨及硬组织修复中的临床转化提供了重要依据。
研究获国家重点研发计划（2024YFF0508601、2018YFB1105702）资助。
研究路线示意图
通讯作者简介
姚顺 副主任医师、硕士生导师
中山大学附属第一医院
留美博士/博士后，外科研究生党支部书记
世界神经外科学会联合会（WFNS）委员
美国哈佛大学中国华南校友会委员
美国St.Jude儿童脑瘤全球联盟成员
CSCO神经系统肿瘤专家委员会委员
欧美同学会医师协会神经肿瘤分会委员
长期从事神经肿瘤的基础与临床，以第一作者/通讯作者发表高水平SCI期刊论文35篇（7篇中科院一区），涵盖神经外科、临床脑科学和计算机-医工融合方向，如Neuro-Oncology、BMJ-JNNP、Cancer Letters、Adv. Healthc. Mater.、IEEE JBHI/TCI、CMIG、Neurosurgery、JNS等；参编英文论著《Neuroscience for Neurosurgeons》和《Computational Neurosurgery》；主译《计算神经外科学》；主持国家和省市级基金共5项；授权国际发明和中国发明专利3项（第一发明人）、软件著作权7项（第一著作人）
担任美国神经影像协会官方期刊Journal of Neuroimaging编委、CNS Neuroscience & Therapeutics客座副主编，Cancer Imaging、Neurosurgery等多本SCI期刊长期审稿专家
识别二维码，前往姚顺 副主任医师学术主页
查看更多精彩内容
吴庆知 研究员、博士生导师
武汉理工大学材料复合新技术全国重点实验室
长期从事生物医用材料、组织工程与再生医学、纳米医学与纳米生物学等领域研究
主持和参与国家重点研发计划项目子课题、国家自然科学基金及企业技术开发等各类项目10余项
发表SCI论文60余篇，授权发明专利15项
担任科技部青年拔尖人才计划和国家重点研发计划项目等国家和省市各类项目评审专家及多个学术期刊审稿人
点击左侧二维码
进入风向标专栏
查看更多精彩文章
声明：脑医汇旗下神外资讯、神介资讯、神内资讯、脑医咨询、Ai Brain 所发表内容之知识产权为脑医汇及主办方、原作者等相关权利人所有。
