钛合金-抗生素壳核微球控释系统治疗骨感染的研究

For patients with bone infection, the use of antibiotics can effectively treat bone infection, but long term use of antibiotics often causes serious side effects, and even leads to failure of the whole anti infection treatment cycle. In the previous study, we prepared core-shell microsphere embedding multiple drugs by using coaxial electrostatic spray technology. Vitro release test showed that the microspheres could release the entrapped drugs for a relatively long time. In the previous study, the surfaces of the titanium plants were aslo prepared to micro-nanometer pore by modification. In orthopedics surgery, internal fixation system of titanium alloy is directly placed in the bone instability area, making it possible to treat bone infection by using titanium alloy internal fixation system combined with antibiotic microsphere delivery system. The study is to envisage that antibiotic core-shell microsphere is embedded in the holes of titanium alloy, which enables reconstruction of stability of bone stability and simultaneous release of antibiotics. The titanium alloy after surface modification is implanted into tibial bone infection of SD rat, which will treat bone infection and guide and promote proliferation and osteogenic differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) . And meanwhile, we will investigate the molecular biological regulation of osseointegration related of modified titanium alloy plant after surface modification.

对于骨感染患者，抗生素的使用可以有效治疗骨感染，但是长期抗生素的使用经常产生严重的副反应，甚至导致整个抗感染治疗周期的失败。在前期研究中我们率先利用同轴静电喷雾技术制备出了包埋有多种药物的壳核结构缓释微球，体外释放试验证实此结构的微球能较长时间释放所包埋的药物。此外，在前期实验中，我们成功对钛合金表面进行改性，制备出了微纳米级孔洞结构的钛合金。在骨科手术中，钛合金内固定系统直接置于骨不稳定处，使得钛合金内固定系统联合抗生素微球缓释系统治疗骨感染成为可能。本项目设想将包埋有抗生素的壳核微球负载至孔洞内，用于骨稳定处稳定性重建的同时局部缓释抗生素。将表面改性之后的钛合金内植物植入SD大鼠胫骨骨感染模型，在治疗骨感染的同时，引导并促进骨髓间充质干细胞增殖、成骨分化，并探讨表面改性之后的钛合金内植物对骨整合的相关分子生物学调控。

在当今骨科疾病中，骨感染患者越来越多，给患者本身以及家人带来严重的压力和困扰。内固定植入物引起的感染是增加术后感染发病率甚至死亡率的一个重要原因，而且对一般患者来说会造成巨大的经济负担。虽然全身性抗生素的使用能够有效治疗骨感染，但是局部药物浓度低，易导致耐药菌的出现甚至抗感染的失败，且长期用药极易对肝肾功能造成损害。本研究将包裹有两种抗生素药物的壳核缓释微球通过真空吸附的方式负载至表面改性后的钛合金微孔内，用于骨感染处稳定性重建的同时局部释放抗生素。本研究，我们构建钛合金抗生素壳核微球控释系统，评价体外药代动力学及生物学性能以及评价体内药代动力学及生物学性能。研究发现，包埋有万古霉素和利福平的壳核微球控释系统能够同步持续释放万古霉素和利福平，所释放的药物浓度维持在金黄色葡萄球菌最低抑菌浓度以上可达27天以上。体内实验中，将包埋有抗生素的壳核缓释微球负载至经表面改性的钛合金微纳米级孔洞中，在植入胫骨缺损模型后，该控释系统生物相容性良好，肝肾功能未见异常，无全身不良反应。表面改性后的钛合金的置入不影响植入物-周围骨组织界面骨整合性及局部骨修复能力。与未植入控释系统的对照组相比，植入该控制系统组的局部骨修复能力更强。发表了SCI收录论文3篇，参与学术交流4次。