載萬(wàn)古霉素-PDLLA鋼板與-HA鋼板的研制及其機(jī)制探討.pdf

1、研究背景: AO組織2006年報(bào)道開(kāi)放性骨折的感染率是3～40％(閉合性骨折的感染率為1.5％)，在受傷當(dāng)時(shí)，高于60％的開(kāi)放性骨折就受到了細(xì)菌的污染。而在戰(zhàn)時(shí)火器傷中，嚴(yán)重的軟組織損壞和污染導(dǎo)致在傷道周圍0.5cm范圍內(nèi)出現(xiàn)了大量的細(xì)菌，即使經(jīng)過(guò)了充分的傷口清創(chuàng)，骨和軟組織的感染率仍有25％～40％。Maurer等認(rèn)為在開(kāi)放性脛骨骨折中使用內(nèi)固定后，感染率又再增高了30％。例如，在美國(guó)，每年大約200萬(wàn)醫(yī)院感染病例中，有幾乎

2、一半與內(nèi)植物有關(guān)；在英國(guó)，每年用于植入物相關(guān)感染的費(fèi)用達(dá)到1100萬(wàn)英鎊。除了消耗巨大社會(huì)財(cái)富，還給病人帶來(lái)巨大的痛苦，甚至導(dǎo)致截肢、死亡等嚴(yán)重后果。因此研制具有抗感染作用的內(nèi)固定植入物，預(yù)防和治療內(nèi)植入物相關(guān)感染，具有重要的意義。 過(guò)去的三十多年中，在一系列新的生物相容性較好的無(wú)機(jī)材料和有機(jī)高分子材料基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來(lái)一種新型局部給藥方式--抗生素緩釋系統(tǒng)，在治療開(kāi)放性骨折、骨髓炎和感染性骨缺損等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。萬(wàn)古霉

3、素屬于糖肽類抗生素，對(duì)各種革蘭氏陽(yáng)性菌都具有高度抗菌活性，是目前治療耐甲氧西林金葡菌(MRSA)和耐甲氧西林表皮葡萄球菌(MRSE)等所致重癥感染的首選抗生素，在臨床治療學(xué)上占據(jù)重要地位。因此被認(rèn)為是較理想的的局部應(yīng)用的抗生素之一；聚-DL-乳酸(PDLLA)是具有良好生物相容性、可降解吸收性、良好的力學(xué)穩(wěn)定性和良好的成骨誘導(dǎo)能力，被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，尤其是在藥物控制釋放體系中，它在植入物表面通過(guò)水解作用而降解，需要3—6個(gè)月

4、時(shí)間，最終降解產(chǎn)物是CO2和H2O，中間代謝產(chǎn)物乳酸也是體內(nèi)正常糖代謝產(chǎn)物，其降解產(chǎn)物最終通過(guò)檸檬酸循環(huán)而代謝，因此在體內(nèi)不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生明顯的不良影響；羥基磷灰石(HA)也具有良好的生物相容性和可降解吸收性，骨外科上可用作內(nèi)固定材料。若能將PDLLA或HA與內(nèi)固定材料及抗生素結(jié)合起來(lái)，制作出載抗生素緩釋系統(tǒng)，從而在病灶局部釋放出抗生素以使得治療開(kāi)放性骨折和火器傷等所致感染的效果能夠得到大大提高。 目的: 以PDLLA為載

5、體，采用solvent casting技術(shù)，研制出載萬(wàn)古霉素-PDLLA鋼板；同時(shí)以HA為載體，采用仿生溶液法研制出載萬(wàn)古霉素-HA鋼板，通過(guò)體內(nèi)體外試驗(yàn)的研究，希望此兩種鋼板在骨折愈合過(guò)程中能夠在局部發(fā)揮強(qiáng)力的抗感染性能，起到預(yù)防和治療感染的雙重作用，為開(kāi)放性骨折和火器傷提供早期的較好的治療措施。 方法: 第一部分： 實(shí)驗(yàn)一：1.采用solvent casting技術(shù)制作載力.古霉素-PDLLA鋼板。2.通過(guò)掃

6、描電鏡對(duì)載萬(wàn)古霉素-PDLLA鋼板涂層進(jìn)行觀察。3.測(cè)定載萬(wàn)古霉素-PDLLA鋼板涂層中萬(wàn)古霉素的含量及在20ml磷酸鹽緩沖液中不同時(shí)相點(diǎn)的萬(wàn)古霉素釋放濃度，了解該鋼板涂層中萬(wàn)古霉素的釋放動(dòng)力學(xué)過(guò)程。4.將載萬(wàn)古霉素-PDLLA鋼板置入均勻涂有1.5×108 CFU/ml金黃色葡萄球菌(S. aureus)的Mueller-Hinton(MH)瓊脂培養(yǎng)皿中培養(yǎng)，于不同時(shí)相點(diǎn)測(cè)量抑菌圈大小，檢測(cè)其對(duì)金黃色葡萄球菌的抑制作用。 實(shí)驗(yàn)

7、二：參考醫(yī)療器械生物學(xué)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)熱原試驗(yàn)，溶血試驗(yàn)，肌肉植入試驗(yàn)，細(xì)胞毒性試驗(yàn)等來(lái)檢測(cè)載萬(wàn)古霉素-PDLLA鋼板的生物相容性。 第二部分：1.采用仿生溶液(Simulated body fluid，SBF)技術(shù)，以羥基磷灰石(HA)為載體，制作載萬(wàn)古霉素-HA鋼板。2.通過(guò)掃描電鏡、X射線能譜儀及傅里葉變換紅外檢測(cè)儀等對(duì)載萬(wàn)古霉素-HA鋼板表面涂層進(jìn)行檢測(cè)。3.將載萬(wàn)古霉素-HA鋼板置入均勻涂有1.5×108 CFU/ml金

8、黃色葡萄球菌的MH瓊脂培養(yǎng)皿中培養(yǎng)，于不同時(shí)相點(diǎn)測(cè)量抑菌圈大小，檢測(cè)其對(duì)金黃色葡萄球菌的抑制作用。 第三部分：1.采用solvent casting技術(shù)制備載萬(wàn)古霉素-PDLLA鋼板。2.制備新西蘭大白兔脛骨中段橫斷骨折金黃色葡萄球菌污染模型，分別置入載萬(wàn)古霉素-PDLLA鋼板和普通裸鋼板，在骨折斷端注射1×106CFU/ml金黃色葡萄球菌，通過(guò)不同時(shí)相點(diǎn)的新西蘭大白兔的體重、體溫變化，白細(xì)胞、血沉和C反應(yīng)蛋白檢測(cè)，病理組織學(xué)檢

9、測(cè)、X光片檢測(cè)及周圍組織細(xì)菌培養(yǎng)等來(lái)比較兩種鋼板的抗感染效果。 結(jié)果: 第一部分： 實(shí)驗(yàn)一：1.成功制備出載萬(wàn)古霉素-PDLLA鋼板，掃描電鏡觀察顯示在鋼板表面獲得了較均勻、致密的涂層，萬(wàn)古霉素分子以小顆粒狀分布于PDLLA涂層中。2.體外釋放試驗(yàn)顯示：載萬(wàn)古霉素-PDLLA鋼板具有良好的緩釋作用，在磷酸鹽緩沖液中持續(xù)釋放萬(wàn)古霉素20天以上。3.抑菌試驗(yàn)證明：載萬(wàn)古霉素-PDLLA鋼板對(duì)金黃色葡萄球菌具有超過(guò)15

10、天的抑制作用。 實(shí)驗(yàn)二：載萬(wàn)古霉素-PDLLA鋼板各項(xiàng)生物學(xué)指標(biāo)均合格，其組織相容性、血液相容性良好，無(wú)細(xì)胞毒性，不含熱原物質(zhì)。 第二部分：1.成功制備出載萬(wàn)古霉素-羥基磷灰石鋼板；2.SEM、EDX及F-IR檢測(cè)顯示載萬(wàn)古霉素-HA鋼板表面形成了均勻、致密的涂層，其結(jié)構(gòu)為HA。2.體外抑菌試驗(yàn)證明：載萬(wàn)古霉素-HA鋼板對(duì)金黃色葡萄球菌具有一定的抑制作用，第一天載萬(wàn)古霉素-HA鋼板周圍出現(xiàn)了明顯的圓形抑菌圈，但第二天的抑

11、菌圈卻迅速縮小，第三天基本未見(jiàn)抑菌圈，顯示其經(jīng)過(guò)第一天的爆發(fā)性釋放后，第二天釋放的萬(wàn)古霉素已不能達(dá)到有效抑菌濃度。我們根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，載萬(wàn)古霉素-HA鋼板抗生素釋放太快，與臨床上治療感染需要的時(shí)間不相適應(yīng)?？赡芘c我們的制備技術(shù)等各種因素有一定關(guān)系。所以我們暫時(shí)取消了載萬(wàn)古霉素-HA鋼板的進(jìn)一步研究。 第三部分：載萬(wàn)古霉素-PDLLA鋼板可以有效降低新西蘭大白兔脛骨骨折金黃色葡萄球菌污染模型術(shù)后第1、3、7、14、28、56天靜

12、脈血中白細(xì)胞、血沉和C反應(yīng)蛋白含量；對(duì)兔體溫有一定影響，但對(duì)體重沒(méi)有明顯影響；X光片、病理學(xué)檢查及細(xì)菌培養(yǎng)結(jié)果等顯示可以有效降低新西蘭大白兔脛骨骨折金黃色葡萄球菌污染模型的感染率。 結(jié)論: 1.成功制備出了載萬(wàn)古霉素-PDLLA鋼板，載萬(wàn)古霉素-PDLLA鋼板的體外釋放動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定，并對(duì)金黃色葡萄球菌具有穩(wěn)定的體外抑菌性能；載萬(wàn)古霉素-PDLLA鋼板具有良好的生物相容性；載萬(wàn)古霉素-PDLLA鋼板對(duì)新西蘭大白兔脛骨骨折金黃