载万古霉素PLGA-CS-HA微球复合水凝胶和骨修复支架治疗骨髓炎的基础研究

来源 :广西医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wyfwin
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目的:目前临床对骨髓炎及骨髓炎引起的骨质缺损难治疗、易复发、药物毒副反应、二次或多次手术等问题,如何设计可降解复合型生物材料有效提高抗生素在局部精准抗感染同时完成骨缺损的修复,为目前研究热点。本研究组通过构建具有多层多孔结构的载药微球聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)-壳聚糖(CS)-透明质酸(HA)(PLGA-CS-HA),将PLGA-CS-HA用于负载万古霉素(VA),并将载药缓释微球分别与纳米羟基磷灰石(HAP)、氧化羟丙基羧甲基纤维素—胺化透明质酸可注射水凝胶(OHPMC-HA)复合,制备出具有可降解、良好缓释抗菌效果和成骨骨诱导潜能的抗菌微球骨修复支架(VA@PLGA-CS-HA/HAP)和抗菌微球骨修复水凝胶(VA@PLGACS-HA/OHPMC-HA),对所制得的微球及两种复合材料进行相应的理化性能、生物学性能评价以及成骨、骨诱导抗菌性能评价,为骨缺损的修复和骨髓炎的治疗提供科学依据。方法:(1)VA@PLGA-CS-HA复合缓释微球的制备及体外性能评价:以PLGA,CS和HA为材料通过乳液法制备出具有多层结构的多孔微球载体,并对VA进行负载,制备出VA@PLGA-CS-HA抗菌缓释微球,对其进行理化性能(扫描电镜、载药量、包封率、体外药物释放等实验),生物学性能(CCK-8法检测微球对MC3T3-E1、MG-63的细胞毒性)评价以及体外抗菌性能(烧瓶震荡法)评价,同时综合以上结果筛选出制备VA@PLGACS-HA的最佳配比;(2)VA@PLGA-CS-HA/HAP复合抗菌缓释微球骨修复支架的制备及体外性能评价:以纳米级HAP为基材通过水热法与VA@PLGA-CS-HA抗菌缓释微球进行复合,制备出可降解、具有抗菌效果的VA@PLGA-CS-HA/HAP缓释微球骨修复支架,并对其进行理化性能(扫描电镜、力学性能、体外降解等实验),生物学性能(CCK-8法检测细胞毒性、细胞溶血实验)以及成骨、骨诱导(碱性磷酸酶活性实验、Western blot、PCR法检测成骨活性基因RUNX2、BMP2、OCN、Col-1在m RNA和蛋白水平的表达)、体外抗菌性能(抑菌圈实验、烧瓶震荡法)评价,同时综合以上结果筛选出制备VA@PLGA-CS-HA/HAP的最佳配比。(3)VA@PLGACS-HA/HPMC-HA可注射抗菌缓释微球骨修复水凝胶的制备及其性能评价:以氧化羟丙基羧甲基纤维素和胺化透明质酸为基质制备成可注射水凝胶,并将微球VA@PLGA-CS-HA添加到水凝胶当中制备出具有可降解和抗菌性能的可注射水凝胶,并对其理化性能(成胶时间测定、流变性分析、溶胀性能),生物学性能(CCK-8法检测细胞毒性、细胞溶血实验)以及成骨、骨诱导(碱性磷酸酶活性实验、Western blot、PCR法检测成骨活性基因RUNX2、BMP2、OCN、Col-1在m RNA和蛋白水平的表达)、抗菌性能(抑菌圈实验、烧瓶震荡法)进行评价,同时综合以上结果筛选出制备VA@PLGA-CS-HA/HPMC-HA的最佳配比;(4)动物骨髓炎模型实验:通过建立兔子胫骨骨髓炎缺损的模型,选用最佳配比VA@PLGA-CS-HA/HAP的抗菌微球骨修复支架和VA@PLGA-CS-HA/HPMC-HA可注射抗菌微球骨修复水凝胶。将上述两种材料单独及联合应用于造模成功的慢性骨髓炎动物模型中,然后通过影像学X线、病理组织切片和微生物学检查,评价两种材料对骨髓炎及骨缺损部位的抗菌情况及骨修复能力。结果:(1)PLGA/CS/HA微球最优配比:PLGA:CS:HA质量浓度比:10%wt:1.5%wt:1%wt,微球的平均直径为58.77±32.23um。(2)VA@PLGACS-HA微球中万古霉素溶液质量体积浓度50mg/ml为最佳浓度(VA@PLGA-CS-HA-50),其包封率和载药量分别为(8.64±0.39)%、(86.41±3.91)%,微球无明显细胞毒性,56天的体外释放实验显示万古霉素的浓度均在最小抗菌浓度之上。(3)VA@PLGA-CS-HA/HAP-50的最佳制备配比:VA@PLGA-CS-HA-50:HAP质量体积浓度比为0.2g/ml:0.3g/ml,能承受的力学压强范围7.43±0.81 Mpa,56天时支架的降解率为(22.69±1.97)%;无明显的细胞毒性及细胞溶血;VA@PLGA-CS-HA/HAP-50具有一定的成骨和促进骨分化作用,24小时对金黄色葡萄球菌抑菌圈直径21.3±0.7mm,第56天时Relative CFU低于1%,对金黄葡萄球菌的生长有显著抑制作用。(4)VA@PLGA-CS-HA/OHPMC-HA最佳制备配比:按OHPMC:HA-ADA质量浓度比为2%:2%,等体积混合后,然后按0.2 g/m L加入VA@PLGA-CS-HA-50微球制得VA@PLGA-CS-HA/OHPMC-HA。成胶时间243±12.5S,流变性实验满足可注射水凝胶的要求,VA@PLGA-CSHA/OHPMC-HA无明显的细胞毒性及细胞溶血;具有一定的成骨和促进骨分化作用;24小时对金黄色葡萄球菌抑菌圈直径22.3±0.5 mm,第56天时Relative CFU低于1%,对金黄葡萄球菌的生长有显著抑制作用。(5)动物骨髓炎模型实验,胫骨骨髓炎术后8周:感染程度评价:A组的骨感染程度明显重于B(VA@PLGA-CS-HA/OHPMC-HA组)、C(VA@PLGA-CSHA/HAP)、D(水凝胶支架联合组)组(`X=6.25,P0.05),D组的骨感染程度最轻(`X=1.33 P<0.05)。骨修复程度评价:A组的骨再生程度明显要差于B、C、D三组(`X=2.67,P0.05),D组骨再生为四组中最好(`X=10.17,P<0.05)。病理组织评分:A组较B、C、D组有更少的新骨再生及更多的炎性细胞及髓腔内组织增生(`X=10.17 P0.05),D组相比A、B、C组有更好的新骨再生和更少的炎性细胞及纤维组织增生(`X=2.67,P<0.05)。微生物学检查:A组每克骨标本的细菌数量明显高于B、C、D三组(P0.05)。结论:VA@PLGA-CS-HA/HAP抗菌微球骨修复支架和VA@PLGA-CSHA/OHPMC-HA可注射抗菌微球水凝胶高分子复合材料具有良好的缓释抗菌及成骨、骨诱导能力,同时具备较好的生物组织相容性、可降解性,是治疗骨髓炎合并骨缺损潜在的复合高分子载药材料。
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