基础研究
钛表面聚多巴胺、聚乙二醇、聚乳酸-聚羟基乙酸、异烟肼抗结核控释涂层的构建及生物学性能
中华骨科杂志, 2016,36(11) : 725-734. DOI: 10.3760/cma.j.issn.0253-2352.2016.11.010
摘要
目的

构建钛金属表面聚多巴胺、聚乙二醇、聚乳酸-聚羟基乙酸、异烟肼抗结核控释涂层,评价其表面特征、体内外释药行为、体外抑菌性能及生物相容性。

方法

合成四臂巯基聚乙二醇(polyethylene glycol, PEG);通过迈克尔加成反应在钛金属(titanium ,Ti)表面构建聚多巴胺(poly dopamine ,PDA)涂层;利用多孔淀粉及四臂巯基PEG水凝胶负载异烟肼 (isoniazid, INH),通过浇铸法或浸渍-提拉法附着于PDA涂层表面,同法再覆盖一层聚乳酸-聚羟基乙酸[poly lacticco-glycolic acid, PLGA],制成Ti-PDA-PEG-PLGA-INH复合涂层;核磁氢谱图(proton nuclear resonance spectroscopy, HNMR)表征四臂巯基PEG末端官能团;扫描电镜(scanning electron microscope, SEM)观察其表面特征,高效液相色谱法(high performance liquid chromatography, HPLC)检测Ti-PDA-PEG-PLGA-INH的体外释药行为,并进行体外抑菌实验。取25只新西兰大白兔制作股骨髁骨缺损模型,植入表面构建PDA-PEG-PLGA-INH的钛棒,采用HPLC法于术后检测静脉血以及植入材料周围肌肉组织、骨组织中INH浓度。另取12只兔随机分为实验组和对照组,实验组于背部椎旁肌内及左侧股骨髁分别植入表面构建PDA-PEG-PLGA-INH的钛片和钛棒;对照组于相同部位植入空白钛片及钛棒,术后通过病理组织学观察材料的体内生物相容性。

结果

Ti-PDA-PEG-PLGA-INH控释涂层在钛金属表面均匀铺展,呈半透明状,表面光滑。体外药物释放前8 h突释明显,累积释放量占总药量65%,第9天时累积释放量达90%,随后释放趋于平缓,总释放周期达20 d以上。体内释药实验显示材料植入后兔静脉血、材料周围肌肉及骨组织中INH浓度平稳上升,于第28天左右达最高峰;且在第56天时肌肉及骨组织中INH浓度仍高于最低抑菌浓度;体外抑菌实验显示构建Ti-PDA-PEG-PLGA-INH控释涂层的钛片周围形成明显抑菌环。体内生物相容性实验显示材料植入4周后肌纤维间及骨组织周围可见少量炎细胞浸润,材料周围形成疏松纤维包膜结构;植入8周后未见明显炎性细胞浸润,纤维包膜更为致密,并明显增厚。

结论

成功构建Ti-PDA-PEG-PLGA-INH抗结核控释涂层,体内、外均具有合理的释药行为,体外对结核分枝杆菌具有良好的抑菌效果,生物相容性良好,是一种有潜力的脊柱结核局部药物控释体系。

引用本文: 马云龙, 李力韬, 李丹, 等.  钛表面聚多巴胺、聚乙二醇、聚乳酸-聚羟基乙酸、异烟肼抗结核控释涂层的构建及生物学性能 [J] . 中华骨科杂志,2016,36 (11): 725-734. DOI: 10.3760/cma.j.issn.0253-2352.2016.11.010
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脊柱结核是最常见的肺外结核病,占骨关节结核的50%~60%,占全部结核病的1~3%[1]。若治疗不当,可引起截瘫、后凸畸形等严重并发症[2]。随着"化疗时代"的到来,抗结核化疗成为脊柱结核治疗的基石,手术则是解决并发症的重要辅助手段[3,4]。但全身用药时病灶周围硬化骨会在局部形成药物渗透屏障,导致抗结核药物难以在病灶局部达到有效杀菌浓度,长期低浓度化疗易诱发获得性耐药,同时造成肝、肾功能损害等不良反应[5]。因此,研发可植入病灶局部的抗结核药物释放系统(drug delivery systems,DDSs)以维持局部较高的药物浓度,成为治疗脊柱结核及其耐药类型的重要研究方向[6]

 
 
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