研究背景:手术部位感染是脊柱手术最常见的并发症之一,最常见的致病菌是金黄色葡萄球菌,局部应用万古霉素是降低手术部位感染的重要手段,但是存在药物暴释、释药行为不稳定、不具备药物控释性能等缺点。因此,本研究基于金黄色葡萄球菌等在增殖过程中酵解宿主糖分产酸导致酸性微环境变化特征,制备得到了一系列具有pH响应性的聚合物载药(万古霉素)材料,以期满足初期局部药物平稳释放,细菌增殖或炎症微环境变化诱发药物快速释放的要求,用以预防脊柱手术部位感染。目的:制备具有pH响应性的载万古霉素纳米聚合物,探讨聚合物结构、纳米颗粒稳定性、药物控释行为及其在动物模型中预防手术部位感染的应用研究。方法:通过化学合成的方法构建了以1—)7支化点生长方式构筑得到基于主客体相互作用的笼型背板硅氧烷(POSS)超支化聚合物、以席夫碱键连接的聚乙二醇(PEG)和万古霉素(Van)的两亲性前药分子PEG-Van、集物理包埋和化学键合双重作用的聚合物载药纳米颗粒PEG-Van@Van等三种聚合物。通过核磁共振、质谱仪、透射电子显微镜等设备对其结构进行表征;利用紫外光谱仪、高效液相色谱仪对药物释放规律进行探究;通过体外抑菌实验、动物实验和病理切片分析其抑菌效能和生物安全性。统计学:计量资料用重复测量方差分析进行统计学分析,等级资料使用Kruskal-Wallis法秩和检验进行统计学分析,P<0.05表示差异有统计学意义。结果:1、构建了以1→7支化点生长方式构筑得到基于主客体相互作用的POSS超支化聚合物,它具有酸性和紫外光双重刺激响应性,通过物理包埋方式能够有效地负载抗感染药物万古霉素并实现其在特定环境下的有效释放。2、设计合成了以pH响应性的席夫碱键连接的PEG和万古霉素的两亲性前药分子PEG-Van,该聚合物纳米药物颗粒具有良好的生物安全性和细菌微环境响应性,在中性环境下保持纳米颗粒的稳定而在酸性环境中由于席夫碱键的断裂造成聚合物组装体结构的破坏,从而可以实现万古霉素的pH响应性释放。3、设计合成了以具有pH响应性的聚合物载药纳米颗粒(PEG-Van@Van),它集合了物理包埋和化学键合的双重优势。4、三糖铁实验和大鼠脊柱手术部位pH监测实验验证金黄色葡萄球菌在增殖过程酵解糖分泌酸。5、超分子聚合物POSS-SSHPs具有pH和紫外双重刺激响应性;体外抑菌实验在2 μg万古霉素药量情况下,POSS-SSHPs@Van抑菌环大小有显著性差异(POSS-SSHPs@Van组:万古霉素组=9.0±0.3:7.0±0.3,p<0.001,单位:mm)。6、两亲性前药分子PEG-Van在中性条件下稳定,酸性条件下释放万古霉素;细胞毒性测试,聚合物浓度200 μg/mL细胞存活率在90%以上,表明具有良好的生物安全性;体外抑菌实验5 μg万古霉素药量情况下,抑菌环大小有显著性差异(PEG-Van 组:万古霉素组=7.1±0.2:5.0±0.2,p<0.001,单位:mm)。手术部位病理切片统计学分析两组手术部位细胞蜂窝织炎改变有显著性差异(PEG-Van组:空白对照组t=4.314,p<0.001)。实验室检查血常规上,术后两周统计学分析白细胞数有显著性差异(PEG-Van组:空白对照组=14.0±3.3:19.0±2.2,F=14.53,P0.001 单位:109/L)。7、聚合物载药纳米颗粒PEG-Van@Van具有敏感的酸响应性,在pH=7.4时释放率28.2%,pH=5时释放率94.6%。体外抑菌实验在2μg万古霉素药量情况下,抑菌环大小有显著性差异(PEG-Van@Van组:万古霉素组=11.0±0.3:7.0±0.3,p<0.001)。在手术部位病理切片统计学分析两组镜下组织脓肿改变有显著性差异(PEG-Van组:空白对照组t=4.602,p<0.001)。实验室检查血常规上,术后两周统计学分析白细胞有显著性差异(PEG-Van@Van组:空白对照组=15.0±2.3:23.0±4.9,F=18.17,P<0.001)。结论:POSS超支化聚合物、PEG-Van、PEG-Van@Van三种载万古霉素纳米颗粒具有安全无毒、制备过程简单高效、结构调控灵活、性能构筑多样等优势;相对于等浓度的万古霉素,三种聚合物纳米颗粒能够实现万古霉素药物的高效负载和可控释放,具有更加显著的抗菌效果,尤其是集合了物理包埋和化学键合的双重优势的PEG-Van@Van载万古霉素纳米颗粒,可以有效延长药物作用时间和微环境响应性释放药物,这在脊柱手术部位的感染预防方面具有良好的应用前景。