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治疗感染性骨缺损材料的缓释与骨修复的研究

周健  
【摘要】:目的:制备载万古霉素聚己内酯(PCL)微球,并利用层层自组装技术在该载药微球表面进行不同浓度丝素蛋白溶液涂层,探讨利用丝素蛋白水溶液在PCL载药微球表面涂层的可行性,并观察不同浓度丝素蛋白涂层对于该局部药物释放系统体外缓释性能的影响。 方法:利用双乳法制备载万古霉素PCL微球。利用层层自组装技术分别将0.1%,0.5%及1%浓度的丝素蛋白溶液沉积于载药微球表面,制备不同浓度的丝素蛋白涂层。测定所制备的PCL微球的载药率及负载率:应用激光粒度分布仪测试微球的粒径大小及分布;利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)及差示扫描量热仪(DSC)分析在制备过程中PCL基质与万古霉素之间可能存在的相互作用。扫描电镜观察无丝素蛋白涂层载药微球及经不同浓度丝素蛋白涂层后的载药微球表面微观结构。体外缓释试验观察不同浓度丝素蛋白涂层对于载万古霉素PCL微球缓释性能的影响。 结果:成功制备载万古霉素PCL微球。微球的粒径呈单峰分布。外相中加入氯化钠对于微球粒径大小无明显影响,但可明显提高负载率。外相中无氯化钠时负载率仅为12±0.93%,而通过在外相中添加氯化钠可将负载率提高到75±1.61%(P0.05)。经FTIR及DSC分析显示在载药微球制备过程中PCL基质与万古霉素之间无相互作用。扫描电镜显示外相中无氯化钠时制备的载药微球表面呈多孔结构,而加入氯化钠后微球表面的微孔明显减小、减少。丝素蛋白涂层可覆盖PCL载药微球表面的微孔,其中0.1%浓度丝素蛋白在PCL微球表面涂层效果最理想,可见PCL微球表面包裹一层均匀光滑的丝素蛋白膜。而随着丝素蛋白溶液浓度的增高,微球表面的丝素蛋白膜出现不同程度的脱落、皱裂、破损等现象。体外缓释显示无丝素蛋白涂层的PCL载药微球突释现象明显,药物缓释效果差,体外缓释时间仅能维持9±0.3d。经0.5%及1%浓度丝素蛋白涂层的PCL微球体外缓释时间可分别达到21±1.4d和24±2.1d;而0.1%浓度的丝素蛋白涂层可以显著抑制载药微球的突释而延长缓释时间,达到33±2.1d,与无丝素蛋白涂层及0.5%和1%浓度丝素蛋白涂层的PCL载药微球的缓释时间之间存在显著统计学差异(P0.05)。 结论:通过在外相中加入氯化钠,可以使载万古霉素PCL微球达到较高的药物负载率,但缓释效果仍较差。利用层层自组装技术实现了丝素蛋白溶液对PCL载药微球表面的涂层,达到抑制突释、延缓释放时间的效果,其中0.1%浓度的丝素蛋白涂层对该局部药物释放系统缓释效果的改善最为显著。 目的:评价载万古霉素明胶/β-TCP复合多孔支架材料的缓释性能,验证其在慢性骨髓炎动物模型治疗中的有效性。 方法:利用直接沉淀法制备磷酸三钙前驱体,并经过煅烧制备β-TCP粉体。分别制备不同浓度(6%,8%及10%)的纯明胶载万古霉素支架材料,及含有不同β-TCP(10%,30%,50%)的明胶/βp-TCP复合支架材料。对不同载药支架材料进行扫描电镜观察,载万古霉素并分析孔隙率及测试力学强度;利用傅里叶红外光谱仪分析载药支架中药物与载体之间可能存在的相互作用。将不同的载药支架材料种植于大鼠背部肌肉组织中,分别于材料植入后3d,7d,10d,14d,21d, 28d,42d,及56d 8个时间点,在距离离植入物两端各0.5 cm的范围内,取周围肌肉组织匀浆后离心。吸取上清液做抑菌实验。并对植入2、4、8周后的移植物进行HE染色,观察复合支架材料的降解情况及组织长入情况。利用局部注射菌液法制备兔胫骨近端慢性骨髓炎模型。待造模成功后,行清创,植入不同的载药复合支架材料治疗慢性骨髓炎。术后4周、8周摄片并行组织切片HE染色,观察感染控制及骨修复情况。 结果:利用化学共沉淀法制备的β-TCP粉末平均粒径3.47±0.23um,经XRD及傅里叶红外光谱检测所制备β-TCP粉末纯度高,主要晶相为β-Ca3(P04)2。扫描电镜观察可见β-TCP颗粒均匀分布于复合支架材料的孔壁表面。β-TCP颗粒的加入明显改善复合支架材料的孔与孔之间的连通性,含有10%及30%β-TCP的复合支架材料连通性最好。随着明胶浓度的增高,孔隙率降低,而β-TCP的加入,可以明显改善复合支架材料的孔隙率,但当β-TCP的含量达到50%时,孔隙率明显下降。随着明胶浓度的增高及β-TCP含量的增多,复合支架材料压缩模量逐渐增大。红外光谱检测显示万古霉素与明胶基质及β-TCP之间无相互作用。体内缓释可见10%明胶支架材料对万古霉素具有最佳的缓释效果,可持续释放8W。随着明胶浓度的降低,缓释时间逐渐减短,6%明胶载药支架仅能维持释放时间2W。随着复合支架材料中β-TCP含量的增多,缓释时间逐渐缩短。在慢性骨髓炎模型的治疗中,植入载药材料4周后,感染基本控制,但骨缺损较明显。植入载药材料8周后10%明胶支架载药材料组的感染已基本控制,而骨缺损未修复;含10%β-TCP复合载药支架材料组的骨缺损较4周时明显减小,但仍未修复;含30%β-TCP的复合载药支架材料组的骨缺损已基本修复。 结论:明胶/β-TCP复合多孔支架材料对万古霉素具有良好的缓释效果;含30%β-TCP的载万古霉素复合多孔支架材料具有最佳的孔径、孔隙率、力学强度及体内缓释效果。动物实验表明含30%β-TCP载万古霉素复合多孔材料具有良好的感染控制能力及促进骨缺损修复能力。


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