【摘 要】
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一、研究背景急性骨髓炎是临床工作中的骨科常见病,其致病菌通常为金黄色葡萄球菌[1,2],通常发生于医疗器械植入术后。即便是严格执行手术中无菌操作,以及全身预防性抗生素治疗,急性骨髓炎依旧高发,同时也是致畸致残的重要因素。为了治疗内植物导致的感染,通过口服和注射等方式应用抗生素系统治疗是目前的临床标准方法,这种治疗方法的缺陷在于体内血药浓度往往难以达到有效抑菌浓度,另一方面也存在抗生素副作用[3]。
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一、研究背景急性骨髓炎是临床工作中的骨科常见病,其致病菌通常为金黄色葡萄球菌[1,2],通常发生于医疗器械植入术后。即便是严格执行手术中无菌操作,以及全身预防性抗生素治疗,急性骨髓炎依旧高发,同时也是致畸致残的重要因素。为了治疗内植物导致的感染,通过口服和注射等方式应用抗生素系统治疗是目前的临床标准方法,这种治疗方法的缺陷在于体内血药浓度往往难以达到有效抑菌浓度,另一方面也存在抗生素副作用[3]。此外有研究表明,在内植物存在的情况下,小于正常值的临界污染微生物数量即会形成感染[4]。因而,直接从内植物材料自身的角度上解决感染相关问题,能有效降低发生细菌感染和抗生素副作用的风险。近年来有研究人员通过加入适量的铜到医用金属材料中,开发出含铜抗菌不锈钢[5]。铜元素具有强烈抗菌功能,此类材料在植入体内后,会持续和微量释放铜离子,从而起到显著的抗菌作用[6]。此前已有研究表明,含铜抗菌不锈钢在体外及动物体内具有强烈的抑制金黄色葡萄球菌和杀灭金黄色葡萄球菌的作用[7],但其具体机制尚不明确—除开铜离子本身具有杀菌作用,在体内微环境中的铜离子如何通过与机体的生物互动从而达到杀灭细菌、增强局部抵抗力的机制尚不明确[8]。根据文献报道及本课题的研究结果,我们证实:含铜抗菌不锈钢在急性骨髓炎动物模型中可以通过促进巨噬细胞的增殖,并促进巨噬细胞的炎症表型活化,进而促进微环境中巨噬细胞对金黄色葡萄球菌的抑制及杀灭,诱导机体的微环境免疫调节,从而降低机体局部的感染程度,对急性骨髓炎动物模型的疾病转归及预后具有改善作用。二、研究方法1.建立内植物合并金黄色葡萄球菌感染所致急性骨髓炎的动物模型,内植物分别为中国科学院金属研究所杨珂教授提供的316L不锈钢金属材料及316L-Cu含铜不锈钢金属材料[5],通过琼脂板细菌涂板、Micro-CT扫描分析、免疫组化染色、免疫荧光染色及HE染色,比较两组小鼠之间内植物区域骨感染程度和细菌负载量的差异。2.在动物模型基础上,提取造模部位骨髓腔内细胞及邻近淋巴结细胞RNA,通过逆转录和定量RT-PCR,比较两组动物模型的炎症因子分泌水平。3.通过流式分析动物模型骨髓腔内的免疫细胞类型及比例,比较两组不同内植物动物模型的差异。4.通过流式分选两组不同内植物动物模型骨髓腔内的巨噬细胞,提取其RNA,通过逆转录和定量RT-PCR,比较两组实验分组的巨噬细胞炎症因子分泌水平。5.使用316L不锈钢材料和316L-Cu含铜不锈钢浸提液体外培养RAW264.7细胞,比较两组材料对巨噬细胞增殖的影响。三、研究结果1.在内植物合并急性骨髓炎的动物模型中,316L-Cu含铜不锈钢能够明显降低骨感染区域的细菌负载量,减轻局部的骨溶解现象。2.316L-Cu含铜不锈钢组中骨髓腔细胞分泌大量IL-4、IL-6、IL-8、IL-12,临近淋巴结细胞分泌大量IL-4、IL-6、IL-10,这些炎症因子起到了促进局部炎症反应进而杀灭病原微生物的作用,同时也起到促进机体局部免疫的作用。3.在316L-Cu含铜不锈钢组的机体局部免疫微环境（骨髓腔内）中,巨噬细胞数量增多,且活化比例更高,同时富铜环境能诱导巨噬细胞发生较强的炎症表型改变,继而有利于机体抑制和杀灭细菌。4.316L-Cu含铜不锈钢材料促进骨髓腔内巨噬细胞分泌大量炎症因子如IL-6、IL-10、TNF-α,具有抗病原微生物和促进损伤组织修复、重构的作用。5.富铜微环境有利于巨噬细胞的增殖,继而有利于机体局部抑制和杀灭细菌,有利于降低骨感染区域的感染程度。四、结论1.在内植物合并急性骨髓炎的动物模型中,316L-Cu含铜不锈钢能够明显降低骨感染区域的细菌负载量,减轻局部的骨溶解现象。铜离子在其中起到抑制与杀灭金黄色葡萄球菌的作用。2.在316L-Cu含铜不锈钢组的机体局部免疫微环境（骨髓腔内）中,巨噬细胞数量增多,且活化比例更高。急性骨髓炎动物模型中,除去铜离子本身所具有的杀菌作用,富铜环境起到了诱导巨噬细胞发生较强的炎症表型改变的作用。3.富铜微环境有利于骨髓腔内巨噬细胞的增殖,继而有利于机体局部抑制和杀灭细菌,有利于降低骨感染区域的感染程度。
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