结核病是一种古老的疾病,至今仍影响着人类健康,其中脊柱结核是最常见的肺外结核病,占骨关节结核的50%-60%,占全部结核病的1%-3%。脊柱结核若治疗不当,会引起截瘫、后凸畸形等严重并发症。随着“化疗时代”的到来,抗结核化疗成为脊柱结核治疗的基石,手术则是解决并发症的重要辅助手段。然而全身长期使用抗结核药物,存在病灶局部药物浓度低,容易诱发获得性耐药;且易造成肝肾功能损伤等不良反应。因此,研发可植入病灶局部的抗结核药物释放系统(Drug Delivery Systems,DDSs),以维持局部较高药物浓度,成为治疗脊柱结核及其耐药类型的重要研究方向。目前国内外学者对脊柱结核DDSs的构建进行了多项研究,其中多孔高分子材料成为了研究热点,不少学者成功研制出了多种载药高分子支架材料并获得了良好的释药性能;然而将载药高分子材料用作结核病灶结构性植骨重建,其安全性及有效性尚未得到高质量临床研究证实。对脊柱结核而言,前路病灶清除术后,采用钛合金(titanium,Ti)钉板系统或钛笼可一期重建脊柱稳定性,此时钛合金内植物直接接触病灶;因此,在钛合金表面构建抗结核药物控释涂层,可同时实现局部高效杀灭结核分枝杆菌及重建脊柱稳定性之目的,或成为一种有潜力的脊柱结核DDSs。聚多巴胺(Poly dopamine,PDA)可通过迈克尔加成或席夫碱反应于多种有机或无机材料表面形成紧密粘附的涂层。四臂巯基聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)具有pH中性、组织相容性好及易降解等优点,多孔淀粉拥有良好吸附性能,且安全、无毒、可生物降解,聚乳酸-聚羟基乙酸(poly lactic-co-glycolic acid,PLGA)具有较好的载药性能,且疏水性,释药周期长。本实验通过浇铸法或浸渍-提拉法将以上材料相复合,同时加入临床中常用的一线抗结核药异烟肼(isoniazid,INH),共同构建于钛金属表面,用作脊柱结核DDSs。1、钛表面pda-peg-plga-inh抗结核控释涂层的构建及表征评价利用浇铸法或浸渍-提拉法将pda、peg水凝胶/多孔淀粉、plga构建于钛金属表面,同时加入inh,制备抗结核控释体系;核磁氢谱图(protonnuclearresonancespectroscopy,hnmr)表征四臂巯基peg末端官能团,扫描电镜(scanningelectronmicroscope,sem)观察其表面特征。2、体外药代动力学评价及结核分枝杆菌抑菌实验将构建的ti-pda-peg-plga-inh抗结核控释体系浸泡于pbs缓冲液中,恒温振荡,定期抽取部分浸泡液,通过高效液相色谱法(highperformanceliquidchromatography,hplc)检测该控释体系的体外释药行为,并计算药物累积释放率;同时将ti-pda-peg-plga-inh抗结核控释体系置于表面接种结核分枝杆菌标准株h37rv的罗氏培养基中进行4周恒温培养,观察该控释体系的体外抑菌性能。3、体内药代动力学及生物学效应评价从实验动物中随机选取25只为一组,共选取3组,分别为实验组、对照组及空白组,每组均使用手术的方法给予实验动物左侧股骨髁制作直径6mm,深度约10mm的骨缺损,并按组别分别植入表面构建pda-peg-plga-inh的钛棒、表面构建pda-peg-plga的钛棒及空白钛棒。采用hplc法于术后1、3、5、7、14、28、42、56天检测兔静脉血中inh浓度,术后7、14、28、42、56天检测兔植入材料周围肌肉组织及骨组织中inh浓度,同时对术后7、14、28、42、56天兔静脉血中ast、alt、bun及cr等肝、肾功能血清酶指标进行检测。另随机取12只新西兰大白兔随机分为实验组和对照组,实验组于背部椎旁肌内及左侧股骨髁分别植入表面构建pda-peg-plga-inh的钛片和钛棒;对照组于相同部位植入空白钛片及钛棒。于术后28及56天通过病理切片观察材料的体内生物相容性。结果表明:钛金属表面pda-peg-plga-inh抗结核控释涂层能够在钛金属表面均匀铺展,表面光滑。体外药物释放前8h药物释放速率较快,累积释放量占总药量65%,9d时累积释放量达90%,随后释放趋于平缓,总释放周期达20d以上。体外抑菌实验显示,构建Ti-PDA-PEG-PLGA-INH控释涂层的钛片周围形成明显抑菌环。体内释药实验显示,材料植入后兔静脉血、材料周围肌肉及骨组织中INH浓度平稳上升,于28d左右达最高峰(外周血114.39±14.03ug/ml,肌肉组织983.17±122.87ug/g,骨组织786.00±47.13ug/g);且在56d时肌肉及骨组织中INH浓度仍高于最低抑菌浓度(minimum inhibitory concentration,MIC)。肝、肾功能血清酶指标检测结果显示,该控释体系及其释放的药物浓度并未引起明显的肝、肾功能损害,但一定程度上会导致肝、肾功能血清酶指标的升高。体内生物相容性实验显示,材料植入4周后与材料接触的肌纤维及骨组织可见少量炎细胞浸润,材料周围形成疏松纤维包膜结构。材料植入8周后未见明显炎性细胞浸润,纤维包膜更为致密,比形成初期明显增厚。综上所述,本研究成功构建了Ti-PDA-PEG-PLGA-INH抗结核控释涂层,并通过上述实验结果证实该控释体系具有合理的体内外释药性能、有效的体外抑菌性能、无明显肝、肾功能损害以及良好的生物相容性,是一种有潜力的脊柱结核药物控释体系。