負(fù)載萬古霉素具貫通孔圖案結(jié)構(gòu)鈦涂層的制備及在骨科應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，由于車禍等意外事故造成開放性骨折、骨缺損的發(fā)病率逐年增加，加之中國社會邁向人口老齡化，骨質(zhì)疏松骨折發(fā)病率不斷增加，大量的骨科內(nèi)、外固定材料、修復(fù)與骨替代材料得到使用。同時，內(nèi)植物周圍的相關(guān)感染還具有延長傷口愈合周期、破壞骨科內(nèi)植物的后果，更有甚者還會因此導(dǎo)致肢體功能障礙或留有傷殘。無菌性松動和假體周圍感染是骨科內(nèi)植物失敗的兩個主要原因，如何降低此類手術(shù)失敗風(fēng)險變得格外重要。在這個領(lǐng)域中，大量的研究工作致力于研制各種各樣的

2、內(nèi)植物涂層，而這些涂層大多只具有抗感染作用而無骨整合作用;或者，只具有骨整合作用而不具備抗感染作用。但是，要使內(nèi)植物長期有效，理想的涂層應(yīng)兼顧骨整合和抗感染這兩個功能。本課題針對人體骨組織的具體構(gòu)成與微納級結(jié)構(gòu)，創(chuàng)新性地將三維連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（具貫通孔結(jié)構(gòu)）鈦涂層加載萬古霉素，制作一種新型的控釋抗菌型具貫通孔結(jié)構(gòu)復(fù)合鈦涂層，將內(nèi)置物表面涂層圖案化，探索其對骨整合的影響;同時，考察其抗菌性能，為獲得兼顧骨整合作用和抗感染作用的多功能復(fù)合涂層提

3、供理論和實(shí)踐上的依據(jù)。
　　第一部分:負(fù)載萬古霉素具貫通孔圖案結(jié)構(gòu)鈦涂層的制備
　　中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所謝有桃課題組采用等離子噴涂技術(shù)結(jié)合金屬占位填料、溶液蝕刻法成功制備出了具貫通孔圖案結(jié)構(gòu)鈦涂層，以前的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，涂層具有互相貫通的孔隙結(jié)構(gòu)以后，生物相容性較之以前更加優(yōu)良。我們設(shè)想在涂層孔隙結(jié)構(gòu)的貫通孔內(nèi)負(fù)載入CPC-VCM混合物，使萬古霉素可以從磷酸鈣骨水泥中緩慢釋放出來從而在具有良好生物相容性的同時起到局部抗菌作用

4、?；谶@一理念，我們在具貫通孔結(jié)構(gòu)表面，根據(jù)文獻(xiàn)結(jié)論及實(shí)驗(yàn)選擇特定載藥比、固-液比的CPC-VCM混合物進(jìn)行裝載，制作負(fù)載萬古霉素具貫通孔圖案結(jié)構(gòu)鈦涂層并進(jìn)行體外釋放研究，了解負(fù)載萬古霉素具貫通孔圖案結(jié)構(gòu)鈦涂層的體外藥物釋放規(guī)律，并對該復(fù)合涂層的表面形貌和微觀結(jié)構(gòu)加以評價。研究表明，等離子噴涂法能夠較好的將內(nèi)植物表面進(jìn)行圖案化處理，方便制作凸起微米柱、粗糙多孔的表面微觀形貌，眾多貫通孔結(jié)構(gòu)可以為藥物裝載和貯存提供充足的空間。磷酸鈣-萬古

5、霉素混合物可以在短期爆發(fā)釋放后逐漸達(dá)到穩(wěn)定的釋放速度，具有預(yù)防內(nèi)植物初期感染風(fēng)險和后期低毒性慢性感染風(fēng)險的潛力。
　　第二部分:負(fù)載萬古霉素具貫通孔圖案結(jié)構(gòu)鈦涂層抗菌性能的體外研究
　　為了進(jìn)一步驗(yàn)證負(fù)載萬古霉素具貫通孔圖案結(jié)構(gòu)鈦涂層的抗菌性能，通過將負(fù)載萬古霉素具貫通孔圖案結(jié)構(gòu)鈦涂層與致病菌共培養(yǎng)，研究其在抑制標(biāo)準(zhǔn)細(xì)菌耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（ATCC43300，屬M(fèi)RSA）和金黃色葡萄球菌(ATCC25923)在早期抑制

6、細(xì)菌粘附、后期抑制細(xì)菌生物膜形成的過程中所發(fā)揮的抗菌作用，對負(fù)載萬古霉素具貫通孔圖案結(jié)構(gòu)鈦涂層作為預(yù)防和治療骨科內(nèi)植物周圍相關(guān)感染抗菌材料表面的潛在價值進(jìn)行評估。結(jié)果表明負(fù)載萬古霉素具貫通孔結(jié)構(gòu)鈦涂層表面能夠顯著抑制葡萄球菌，尤其是S'aureus及MRSA在材料涂層表面粘附、增殖及形成細(xì)菌生物膜。因此，這種新型的復(fù)合涂層材料有望用于骨科內(nèi)植物手術(shù)局部預(yù)防感染及治療由敏感菌感染引起的骨關(guān)節(jié)急慢性炎癥，包括骨髓炎等慢性感染。
　　第

7、三部分:負(fù)載萬古霉素具貫通孔圖案結(jié)構(gòu)鈦涂層對人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞生物學(xué)影響的體外研究
　　為了改進(jìn)涂層的物理性能及生物活性，我們將具有生物活性的磷酸鈣-萬古霉素復(fù)合物載入具貫通孔結(jié)構(gòu)涂層，實(shí)現(xiàn)抗生素的持續(xù)穩(wěn)定的釋放，使改性后的材料表面既能抑制細(xì)菌感染又可以具備骨整合作用。這種具有復(fù)合功能的涂層對人成骨性能的影響還不得而知。本研究通過體外實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步探討負(fù)載萬古霉素具貫通孔圖案結(jié)構(gòu)鈦涂層對人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(hMSCs)的生物學(xué)行為（包

8、括粘附行為、增殖行為和向成骨細(xì)胞分化的行為）的影響。結(jié)果表明，這種裝載萬古霉素后的互相貫通的孔隙結(jié)構(gòu)表面對于hMSCs的粘附、增殖均有促進(jìn)作用，也可以促進(jìn)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化;同時，負(fù)載萬古霉素后局部釋放的抗生素在發(fā)揮預(yù)防局部感染作用的同時并沒有對細(xì)胞行為產(chǎn)生明顯負(fù)面影響。
　　第四部分:負(fù)載萬古霉素具貫通孔圖案結(jié)構(gòu)鈦涂層體內(nèi)抗感染動物實(shí)驗(yàn)研究
　　通過基于體外實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果的動物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究來評估負(fù)載萬古霉素具貫通孔圖案結(jié)構(gòu)

9、鈦涂層的體內(nèi)抗感染效果。我們計劃使用耐甲氧西林金葡菌(MRSA)作為模擬急性細(xì)菌感染的菌株，在脛骨近端髓腔內(nèi)植入材料的同時植入細(xì)菌，隨訪觀察評價負(fù)載萬古霉素具貫通孔圖案結(jié)構(gòu)鈦涂層的局部抗感染效果，同時觀察在感染狀態(tài)下初步評價對內(nèi)植物-骨界面的骨整合能力的影響。結(jié)果表明，相對于普通鈦涂層負(fù)載萬古霉素具貫通孔結(jié)構(gòu)鈦涂層能夠預(yù)防由MRSA引起的內(nèi)植物周圍感染;該涂層內(nèi)植物在有MRSA致病菌存在的情況下并沒有影響骨整合。可以認(rèn)為，骨科內(nèi)植物表面