近期，浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院/浙江大學(xué)眼科醫(yī)院葉娟教授團(tuán)隊(duì)和浙江加州納米技術(shù)研究院茍中入博士團(tuán)隊(duì)在科愛出版創(chuàng)辦的期刊Bioactive Materials上聯(lián)合發(fā)表研究性論文：分級(jí)微孔結(jié)構(gòu)精細(xì)調(diào)控的抗感染型陶瓷義眼座設(shè)計(jì)及高效血管化整合研究。本文介紹了一種具有拓?fù)涮荻确旨?jí)微孔結(jié)構(gòu)的多功能性鈣-鋅硅酸鹽生物陶瓷義眼座，該多孔義眼座可以快速引導(dǎo)血管化并持續(xù)抗菌，降低因義眼座血管化不足而導(dǎo)致的暴露的風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)眼球摘除術(shù)后的眼窩重建，是下一代眼眶重建整形的良好選擇。

01研究內(nèi)容簡介

眼球摘除術(shù)常用于治療嚴(yán)重眼外傷、眼內(nèi)炎、終末期青光眼、眼內(nèi)惡性腫瘤或其他危及生命的眼球損毀，每年仍有大量患者需接受眼球摘除手術(shù)。義眼座作為一種眼眶植入物，在摘除眼球后聯(lián)合義眼片放置在患者的無眼球眼窩內(nèi)，可彌補(bǔ)缺失的眼眶容積，維持穩(wěn)定的眶內(nèi)結(jié)構(gòu)，并能修復(fù)患者容貌和面部整形效果。目前，臨床義眼座制品存在血管化效率低、自主抗感染性能嚴(yán)重不足，時(shí)常出現(xiàn)感染、暴露等術(shù)后并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)。

鋅黃長石(Ca2ZnSi2O7)陶瓷具有良好生物相容性，但是較為生物穩(wěn)定，降解極為緩慢，不過一些研究證實(shí)該陶瓷能抑制細(xì)菌粘附、生長，并促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖、血管生成等，這為其在眼眶整形適應(yīng)癥應(yīng)用方面提供了多種性能支持。另一方面，義眼座的孔道為細(xì)胞遷移、營養(yǎng)物質(zhì)交換，以及血管組織的生長提供了必需的空間，孔道結(jié)構(gòu)是影響和調(diào)控義眼座血管化性能的重要因素之一。但是，孔道尺度水平、孔道拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及陶瓷表面特性在義眼座方面的研究一直是空白。

本研究的目標(biāo)是開發(fā)一種具有分級(jí)微孔結(jié)構(gòu)的鋅黃長石生物陶瓷義眼座，基于高精度的數(shù)字光處理(DLP) 3D打印技術(shù)，運(yùn)用分級(jí)微孔設(shè)計(jì)策略，利用三周期極小表面(TPMS)的IWP孔道拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型，提高生物陶瓷植入物血管化性能，并從體外、體內(nèi)系統(tǒng)地評(píng)價(jià)了分級(jí)微孔梯度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和生物學(xué)功效的影響。

一、3D打印分級(jí)多孔生物陶瓷的表征

1．微孔結(jié)構(gòu)表征

從義眼座中心到周邊徑向變化的較小、較大微孔（500μm，800μm）分級(jí)多孔支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括從中心到外圍從大到小梯度微孔(P800-500)、從小到大梯度微孔(P500-800)，以及均勻分布的較小、較大微孔結(jié)構(gòu) (P500、P800)。通過microCT重建的2D/3D圖像和對(duì)樣品的掃描電鏡觀察，驗(yàn)證樣品內(nèi)部的分級(jí)微孔結(jié)構(gòu)。

圖1 四種不同微孔分布多孔陶瓷的形貌和內(nèi)部微結(jié)構(gòu)觀察

2．力學(xué)及降解性能表征

在四組支架中，P500和P800的抗壓強(qiáng)度顯著優(yōu)于P800-500和P500-800組的強(qiáng)度。從體外緩沖溶液浸泡降解實(shí)驗(yàn)中可見，分級(jí)微孔結(jié)構(gòu)P800-500和P500-800組的支架質(zhì)量比大孔P800組更為穩(wěn)定，6周后失重僅僅在4%以內(nèi)，表明該類多孔生物陶瓷極為穩(wěn)定。

圖2 多孔陶瓷的(A)抗壓強(qiáng)度,(B)應(yīng)力-應(yīng)變曲線,(C)降解速率和(D-F) 功能離子釋放情況

二、體外抗菌及細(xì)胞學(xué)性能評(píng)價(jià)

各組多孔陶瓷對(duì)革蘭氏陽性金黃色葡萄球菌和革蘭氏陰性大腸桿菌均具有良好的抑菌性能，且抗菌性能明顯高于羥基磷灰石(HA)陶瓷。在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中，HUVECs的熒光染色分布圖像顯示，分級(jí)微孔結(jié)構(gòu)P800-500和P500-800組的細(xì)胞黏附密度均維持較高水平，鋅黃長石多孔陶瓷在VEGF基因表達(dá)上優(yōu)于HA陶瓷組。CCK-8實(shí)驗(yàn)結(jié)果示， HUVECs在多孔陶瓷上均保持了持續(xù)增殖活性。

圖3 支架抗菌性能(A-C)及血管內(nèi)皮細(xì)胞在其表面粘附、增殖及VEGF表達(dá)(D-G)

三、體內(nèi)原位修復(fù)效果及血管化程度評(píng)價(jià)

在本研究中，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了直徑為12mm的球形鋅黃長石義眼座，以羥基磷灰石義眼座(HA)為對(duì)照，用于原位眼球摘除的動(dòng)物眼眶整形模型評(píng)估。在植入4周后觀察，sP800-500和sP500-800組手術(shù)眼結(jié)膜囊完全愈合穩(wěn)定，HA組創(chuàng)面區(qū)域仍有少量滲出和輕度炎癥反應(yīng)。H&E染色顯示，術(shù)后4周時(shí)sP800-500組外圍微孔區(qū)已有纖維血管組織長入，但中心區(qū)未見明顯纖維血管組織，sP500-800組纖維血管組織已完全長入中心孔區(qū)，HA組周圍孔區(qū)雖然有大量小血管浸潤，但中心區(qū)仍無明顯纖維血管組織。

圖4 新西蘭兔眼球摘除動(dòng)物模型構(gòu)建及支架體內(nèi)血管化程度評(píng)價(jià)

綜上，本研究通過計(jì)算機(jī)輔助的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和DLP技術(shù)制備了分級(jí)微孔結(jié)構(gòu)的鋅黃長石支架用于眼窩重建，并系統(tǒng)地評(píng)價(jià)了四種不同多孔結(jié)構(gòu)鋅黃長石支架的特性。結(jié)果表明，分級(jí)微孔結(jié)構(gòu)的多孔陶瓷(P500-800)可提高細(xì)胞的接種能力，并支持細(xì)胞增殖和血管生成相關(guān)基因表達(dá)；此外，該分級(jí)微孔結(jié)構(gòu)的義眼座在兔眼球摘除動(dòng)物模型中表現(xiàn)出快速血管化和良好的術(shù)后恢復(fù)效果，有望成為下一代義眼座的良好前景。

02論文第一/通訊作者簡介

第一作者：王靜怡

醫(yī)學(xué)博士，主治醫(yī)師，從事眼整形及眼眶病的臨床和基礎(chǔ)研究工作，主持國家自然科學(xué)基金1項(xiàng)，發(fā)表SCI期刊論文10余篇。

通訊作者：葉娟

醫(yī)學(xué)博士，教授、博士生導(dǎo)師?，F(xiàn)任浙江大學(xué)眼科醫(yī)院副院長、浙大二院眼科中心副主任、眼腫瘤及整形科主任、浙江省眼部疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心負(fù)責(zé)人。國家“萬人計(jì)劃”領(lǐng)軍人才，國家“重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃”首席科學(xué)家，中華醫(yī)學(xué)會(huì)眼科學(xué)分會(huì)委員、專家會(huì)員，中華醫(yī)學(xué)會(huì)眼科學(xué)分會(huì)眼整形眼眶病學(xué)組副組長，浙江省醫(yī)學(xué)會(huì)副秘書長，浙江省醫(yī)學(xué)會(huì)眼科學(xué)分會(huì)候任主委，《中華眼科雜志》編委。葉娟教授主要從事眼表疾病、眼整形眼眶病的臨床和基礎(chǔ)研究工作，近年來結(jié)合材料學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、納米技術(shù)、組織工程技術(shù)，在眼表、眼瞼、眼眶的損傷愈合機(jī)制研究和整復(fù)治療材料研究領(lǐng)域作了大量工作，獲國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金、國家十二五科技支撐計(jì)劃等國家級(jí)、省部級(jí)重大科研項(xiàng)目。以第一作者、通訊作者發(fā)表SCI論文80余篇，獲得中華醫(yī)學(xué)科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)、浙江省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、浙江省醫(yī)藥衛(wèi)生科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)等多項(xiàng)科研獎(jiǎng)勵(lì)。

通訊作者：茍中入

浙江加州納米技術(shù)研究院，博士，副研究員，中國生物材料學(xué)會(huì)生物陶瓷分會(huì)委員，浙江省轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)會(huì)干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)分會(huì)委員。目前從事骨科、口腔科、眼科等臨床學(xué)科醫(yī)用(納米)植入再生修復(fù)新材料、細(xì)胞生物學(xué)、微創(chuàng)治療新技術(shù)的基礎(chǔ)和轉(zhuǎn)化研究；承擔(dān)國家自然科學(xué)基金、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、浙江省科技廳、省自然基金及企業(yè)/臨床機(jī)構(gòu)合作課題等20余項(xiàng)。在國際刊物Bioact Mater, Acta Biomater, Biofabrication, ACS Appl Mater Interf, Tissue Eng, J Am Ceram Soc，J Euro Ceram Soc等發(fā)表學(xué)術(shù)論文100余篇，申請(qǐng)發(fā)明/實(shí)用新型專利40余項(xiàng)（獲授權(quán)30余項(xiàng)）。

03資助信息

該研究獲國家自然科學(xué)基金(81870635, 82000948)、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2017YFE0117700）和浙江省自然科學(xué)基金 (LY20H120007)的支持。

04原文信息

Jingyi Wang, Yiyu Peng, Menglu Chen, Xizhe Dai, Lixia Lou, Changjun Wang, Zhaonan Bao, Xianyan Yang, Zhongru Gou, Juan Ye.

Next-generation finely controlled graded porous antibacterial bioceramics for high-efficiency vascularization in orbital reconstruction. 

Bioactive Materials, 16, (2022) 334-345.