3D打印多孔β-TCP負(fù)載PLGA抗結(jié)核藥物緩釋微球復(fù)合材料的制備與初步研究.pdf

1、背景：《2014全球結(jié)核病報告》顯示全世界范圍內(nèi)結(jié)核的發(fā)病率和耐多藥性患者有所增高，伴隨結(jié)核發(fā)病率的攀升，骨結(jié)核的發(fā)病率亦相應(yīng)升高。與肺結(jié)核相比，骨結(jié)核對局部骨質(zhì)的侵襲性破壞所導(dǎo)致的疼痛、功能障礙、畸形和癱瘓等癥狀，更加明顯地影響患者的工作和生活質(zhì)量。不僅如此，就治療來說，骨結(jié)核比肺結(jié)核更為復(fù)雜，骨結(jié)核的傳統(tǒng)治療除了需要至少8至20個月的抗結(jié)核藥物標(biāo)準(zhǔn)化治療，還包括徹底的外科清創(chuàng)手術(shù)以及后期對骨缺損的修復(fù)。傳統(tǒng)的骨結(jié)核治療存在以下問題：

2、1）長期服藥帶來的患者依從性下降、副作用的發(fā)生和耐藥性的產(chǎn)生；2）清創(chuàng)不徹底導(dǎo)致骨結(jié)核復(fù)發(fā)；3）病灶清創(chuàng)后所遺留的骨缺損往往因?yàn)閺?fù)發(fā)感染而導(dǎo)致骨修復(fù)失敗，等等。針對目前骨結(jié)核的治療弊端，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域和骨組織領(lǐng)域的學(xué)者們開啟了用生物材料治療骨結(jié)核的新階段。盡管所構(gòu)建的生物材料的組成各有不同，治療機(jī)理基本一致即填充并修復(fù)清創(chuàng)后形成的骨缺損而無需移植自體或異體骨兼局部緩釋抗結(jié)核藥物以有效殺滅可能殘留的結(jié)核菌而保持血藥濃度在安全范圍從而降低藥物副作

3、用。
　　目的:利用3D打印技術(shù)制備出直徑和高度均為5mm、孔隙大小為400μm的圓柱形多孔β-TCP支架，按PLGA：INH：RFP=60mg：20mg：15mg的最優(yōu)質(zhì)量配比，以復(fù)乳化溶劑揮發(fā)法制備出直徑200±30μm、共包封異煙肼和利福平PLGA緩釋微球，再經(jīng)離心技術(shù)和明膠粘接技術(shù)將包封異煙肼和利福平的PLGA緩釋微球負(fù)載于多孔β-TCP支架中，最終制備成3D打印多孔β-TCP負(fù)載PLGA抗結(jié)核藥物緩釋微球復(fù)合材料。以此作

4、為骨關(guān)節(jié)結(jié)核經(jīng)外科清創(chuàng)后既能夠填充骨缺損并發(fā)揮骨引導(dǎo)作用又能夠進(jìn)行局部抗結(jié)核治療的骨組織工程復(fù)合材料。
　　方法與結(jié)果：通過三個實(shí)驗(yàn)部分對3D打印多孔β-TCP負(fù)載PLGA抗結(jié)核藥物緩釋微球復(fù)合材料進(jìn)行研究和評價：
　　實(shí)驗(yàn)一，對復(fù)合材料的制備過程、支架孔隙率、生物力學(xué)性能、體外降解和藥物釋放等進(jìn)行研究和評價。復(fù)合材料制備的大致過程如上所述；利用重量體積法測定復(fù)合材料的支架孔隙率為(67.39±2.81)％；利用萬能材料力學(xué)

5、試驗(yàn)機(jī)測定復(fù)合材料的最大負(fù)荷和最大強(qiáng)度分別為117.2±14.9N和6.0±0.8MPa，高于3D打印多孔β-TCP支架的最大負(fù)荷85.5±10.4N和最大強(qiáng)度4.4±0.5MPa(P<0.05)，兩種材料均符合人類松質(zhì)骨壓縮強(qiáng)度(2-45 MPa)的要求；通過復(fù)合材料在SBF中的質(zhì)量變化測定復(fù)合材料的體外降解時間為20±1.3W。
　　實(shí)驗(yàn)二，復(fù)合材料生物相容性的評價。利用CCK-8法檢測復(fù)合材料的體外細(xì)胞毒性，毒性分級為1級即

6、無細(xì)胞毒性；復(fù)合材料植入實(shí)驗(yàn)動物體內(nèi)后的血常規(guī)與生化指標(biāo)和心肝脾肺腎等重要臟器病理切片觀察均正常；ECT分析結(jié)果顯示材料植入動物體內(nèi)后6 W99m锝攝取率(T/NT)(98.2±7.6)%,表明興趣區(qū)域內(nèi)血管化良好，與健側(cè)基本一致；骨標(biāo)本的病理切片和顯微CT顯示復(fù)合材料內(nèi)骨長入情況良好，并逐步取代降解的材料。通過以上研究證實(shí)該復(fù)合材料的具備優(yōu)良的生物相容性，符合植入性材料的安全性要求。
　　實(shí)驗(yàn)三，動物體內(nèi)復(fù)合材料對股骨髁骨缺損修

7、復(fù)能力的研究。ECT檢查顯示6 W興趣區(qū)域內(nèi)血管化情況與健側(cè)一致；術(shù)后1 M、3 M、5 M鉬靶X線照像、骨標(biāo)本Micro-CT圖像和組織學(xué)觀察顯示骨缺損內(nèi)復(fù)合材料逐步降解、骨量逐漸增加并逐漸替代降解的復(fù)合材料；5 M Micro-CT測定骨體積分?jǐn)?shù)(BVF)(90.56±6.43)%、材料體積分?jǐn)?shù)(MVF)(6.53±0.87)%，與支架組比較無顯著差異(P>0.05)；骨密度檢測顯示5 M復(fù)合材料組(0.272±0.025)g/cm

8、2，與健側(cè)比較無顯著差異(P>0.05)；復(fù)合材料組骨標(biāo)本切片經(jīng)HE染色后NP70生物顯微鏡下觀察顯示5M材料降解殆盡并被新生骨替代。
　　總之，實(shí)驗(yàn)組即復(fù)合材料組除了力學(xué)強(qiáng)度明顯高于支架組(P<0.05)，生物相容性的各項(xiàng)指標(biāo)、材料的血管化、材料的降解和骨缺損的修復(fù)與支架組比較均無顯著差異(P>0.05)。
　　結(jié)論：3D打印多孔β-TCP負(fù)載PLGA抗結(jié)核藥物緩釋微球復(fù)合材料并沒有因?yàn)樨?fù)載了抗結(jié)核藥物PLGA微球而降低了