新型抗感染可控释放镁铜合金的研究

Bone and joint infections are common orthopedic diseases including osteomyelitis and postoperative infection of implantation due to pathogenic bacteria invasion. Along with the misuse of antibiotics and drug resistance of bacteria in recent years, it is an urgent medical problem to effectively control and treat those inflammations. Prior literatures have proved that the oligodynamic effects of copper could strongly kill bacteria in broad spectrum. Antibacterial functional metals by addition of Cu element have gained extensive attention in current research on biomaterials. A creative idea proposed in this project is to study and develop novel controlled-release Mg-Cu alloy which could be anti-infective by combining the degradation of Mg-based alloy and following continuous release of Cu ions. In this project, Mg-Cu alloys with different gradients are fabricated and processed by cast and extrusion. The precipitation and distribution of Mg2Cu second phase are studied to optimize the mechanical and degradable properties. Moreover the surface modification by MAO is adopted to control the rapid corrosion. The antibacterial property and mechanism are studied by tests for antimicrobial activity and efficacy. Additionally, the bio-safety and influence on proliferation and differentiation of osteoblasts are evaluated, which will provided the scientific evidences for the research, development and clinical application of the novel anti-infective controlled release Mg-Cu alloys.

骨与关节感染是骨科常见的疾病，其由于病原菌侵入骨组织多造成骨髓炎和内植入物的术后感染。随着抗生素的滥用和细菌耐药性的提高，如何避免和有效治疗此类感染已成为医疗领域亟待解决的重要问题。研究表明微量铜离子的释放具有强烈和广谱的杀菌作用，通过在材料中适量加入此类具有抗菌作用的元素，逐渐成为生物材料研究的一个重要发展方向。本项目创新性地提出可控释放镁铜合金的设计理念，通过调控镁合金的降解在植入部位持续释放微量铜离子，达到预防和治疗骨与关节感染的目的。本项目拟制备不同梯度成分的镁铜合金，并进行适当的加工变形，研究合金组织变化、第二相的形貌、析出和分布，优化材料性能，并结合表面改性调控镁铜合金的降解；通过体外抗菌实验，研究镁铜合金的降解和离子释放对抗菌特性的影响和作用机制；通过研究材料对正常骨细胞的增殖、分化影响，评价其生物安全性，为新型抗感染镁铜合金的研究发展和临床应用提供科学依据。

骨与关节感染是骨科常见的疾病，其由于病原菌侵入骨组织多造成骨髓炎和内植入物 的术后感染。随着抗生素的滥用和细菌耐药性的提高，如何避免和有效治疗此类感染已成为医疗领域亟待解决的重要问题。研究表明微量铜离子的释放具有强烈和广谱的杀菌作用，通过在材料中适量加入此类具有抗菌作用的元素，逐渐成为生物材料研究的一个重要发展方向。本项目创新性地提出可控释放镁铜合金的设计理念，通过调控镁合金的降解在植入部位持续释放微量铜离子，达到预防和治疗骨与关节感染的目的。本项目制备了不同梯度成分的镁铜合金，并进行适当的加工变形和热处理，研究合金组织变化、第二相的形貌、析出和分布，通过调控镁铜合金的微观组织结构，优化材料性能，最终实现调控镁铜合金的降解并具有抗菌的功效；通过体外抗菌实验，研究镁铜合金的降解和离子释放对抗菌特性的影响和作用机制；通过研究材料对正常骨细胞的增殖、分化影响，评价其生物安全性。针对骨髓炎模型，进行了动物植入实验，结果表明镁铜合金镁铜合金对于治愈骨科感染尤其是骨髓炎的治疗具有很好的临床效果，未出现明显副作用，也无金属离子的异常沉积，可作为替代抗生素链珠、抗生素骨水泥的潜在新型内植物材料。本项目研究为新型抗感染镁铜合金的临床应用提供了科学依据和研究基础。