【摘 要】
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植入支架或骨替代物是治疗骨缺损的常用方法。其中生物材料植入物在治疗骨缺损方面已经引起越来越多的研究者的关注。然而,在骨创伤手术中,与种植物相关的骨感染如骨髓炎经常发生,这阻碍了骨修复,且一直是一个具有挑战性的临床问题。抗生素是骨骼感染最常见的临床预防和治疗手段。然而,传统的口服和全身抗生素治疗可能是无效的,因为骨头表面容易形成生物膜从而增加了细菌的耐药性。而且,由于抗生素难以到达感染部位以及高浓度
【基金项目】
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广东季华实验室项目:用于微纳米结构功能器件制造的高效直写式3D打印设备的开发与产业化(项目编号:X190071UZ190);
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植入支架或骨替代物是治疗骨缺损的常用方法。其中生物材料植入物在治疗骨缺损方面已经引起越来越多的研究者的关注。然而,在骨创伤手术中,与种植物相关的骨感染如骨髓炎经常发生,这阻碍了骨修复,且一直是一个具有挑战性的临床问题。抗生素是骨骼感染最常见的临床预防和治疗手段。然而,传统的口服和全身抗生素治疗可能是无效的,因为骨头表面容易形成生物膜从而增加了细菌的耐药性。而且,由于抗生素难以到达感染部位以及高浓度的抗生素会产生肾毒性和肝毒性,这也限制了可引入的抗生素的总量。而局部抗生素治疗已被证明可以提高药物的生物利用度,减少频繁用药的副作用。熔融电流体(EHD)3D打印是一种新兴的微纳米纤维制造技术,它可以精确地将纤维按预定的模式沉积,并被广泛应用于组织工程生物支架的制造,特别是骨修复方面。因此,针对骨修复中的局部抗感染问题,本文通过熔融电流体3D打印技术用罗红霉素(ROX)做模型药物,把聚已内酯和聚乙二醇作为药物的载体得到了PCL/PEG/ROX复合支架。以下是本文的主要研究内容:首先根据实验要求开发出相应的熔融电流体3D打印设备。然后调节该设备的工艺参数打印出不同比例的PCL/PEG/ROX复合支架。接着对复合支架进行了物理化学表征,包括使用扫描电子显微镜对纤维形貌的表征、使用傅里叶红外光谱对纤维成分的表征以及使用水接触角设备对纤维支架亲水性的表征。实验结果显示5%PEG含量的PCL/PEG/ROX复合支架具有良好的形貌,以及PEG和ROX被成功负载到了PCL支架中。水接触角结果显示ROX和PEG都会增加PCL的亲水性且PEG对支架的亲水性的影响更大。然后测量了复合支架的体外药物释放规律。实验结果显示在熔融电流体3D打印支架中,支架中抗生素的短期快速释放和随后的长期持续释放使其成为一种很有前途的骨修复抗感染植入物。此外PEG的加入可以增加药物释放速率。然后通过三种药物输送模型对实验结果进行拟合,结果表明一级方程拟合结果符合实验结果。之后对复合支架分别用圆盘扩散法和动态接触法测定对大肠杆菌以及金黄色葡萄球菌的抑菌治疗效果。实验结果显示该复合支架具有广谱抗菌效果,特别是对引起主要骨感染的金黄色葡萄球菌,且PEG的加入增加了支架的抑菌效果。最后用免疫染色和MTT方法测定了复合支架对细胞的形貌和毒性的影响。实验结果显示PCL/PEG/ROX支架具有较高的生物相容性。支架的亲水特性会对细胞的黏附和增殖产生影响,且5%PEG含量的复合支架表现出最好的细胞黏附和增殖。这都表明利用熔融电流体3D打印制造的PCL/PEG/ROX复合支架可能是一种潜在的骨修复抗感染植入物。
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