摘要
研究背景： 感染性骨缺损的治疗一直以来都是骨科的难题。感染会严重损害机体成骨能力，从而导致骨髓炎和感染性骨不连等并发症。感染导致局部炎症的持续状态，阻碍骨髓间充质干细胞分化并促进骨吸收。另一方面，病原体可以通过破坏细胞外基质和感染成骨细胞来直接抑制骨修复。标准治疗方案包括抗菌治疗和骨重建修复。只有在感染得到有效控制后，骨重建才能开始。目前，临床上常用的治疗方法包括感染部位的清创术、全身应用抗生素和植入载有抗生素的骨水泥。然而全身应用抗生素时通常只有很少量的药物到达感染骨组织处，为了提升局部血药浓度，往往需要多次高剂量使用抗菌药物，这会导致药物有效利用率在人体内降低。为了更好的解决这一问题，局部抗生素缓释系统作为一种新的治疗模式出现了。这种给药系统在感染局部提供持续释放的抗生素，避免了全身应用抗生素的毒副作用。聚甲基丙烯酸甲酯(PolymethylMethacrylate,PMMA)是目前骨水泥的主要材料。然而，研究表明负载于PMMA基质中的抗生素在体内可能会突然或仅部分释放。这不能确保损伤部位抗生素的有效浓度。此外，骨水泥不具有生物降解性，需要再次手术取出，这给患者带来额外痛苦。因此，制备一种新型可降解的局部抗生素递送系统对治疗感染性骨缺损将具有重要的意义。 研究目的： 近年来多种抗生素递送系统被研发应用于感染性骨缺损的治疗，发挥了一定的作用。其中水凝胶材料具有良好的细胞相容性，可塑性，同时具有良好的疏松网状结构以及可降解性，这使水凝胶具备成为优异载体的潜力。另外，水凝胶凭借其仿生特性，在感染性骨缺损的治疗过程中，对细胞和组织起到连接及支持作用，为干细胞提供一定的微环境。 因此，本研究将氨基聚乙二醇(polyethyleneglycol,PEG)和氧化葡聚糖(OxideDextran,ODEX)通过席夫碱反应制备水凝胶来负载万古霉素，用于改善感染局部的微环境，促进感染性骨缺损的愈合。 研究方法： 1.在常温下，将氨基PEG与ODEX通过席夫碱反应制备水凝胶。首先制备浓度为50mg/mL的万古霉素PBS溶液。氨基PEG和ODEX分别以10%的浓度溶于万古霉素溶液中。然后将两种溶液以2:1的比例混合制成含有万古霉素的PEG/ODEX水凝胶。PEG/ODEX水凝胶的制备方法与上述相同，只是PBS不含万古霉素。 2.通过扫描电镜观察水凝胶的表面形态，能谱分析观察水凝胶的组成元素，红外光谱确定水凝胶的结构信息，通过流变实验检测水凝胶的弹性模量。 3.体外研究部分分为3组：对照组(Control,Con)、PEG/ODEX水凝胶组(Gel)、负载万古霉素的PEG/ODEX水凝胶组(Van/Gel)。水凝胶的生物相容性通过细胞活力实验和细胞增殖实验来证明，将水凝胶与大肠杆菌(Escherichiacoli,E.coil)和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(Methicillin-resistantStaphylococcusaureus,MRSA)共培养后，通过活/死细菌染色、平板涂布等实验证明Van/Gel具有清除感染的能力。 4.体内研究部分，使用SD大鼠来建立感染性股骨缺损模型，分为三组：Con组，Gel组和Van/Gel组。将各组材料植入感染性股骨缺损中，通过Micro-CT，组织学染色分析研究Van/Gel促进感染性骨缺损的愈合情况。 研究结果： 1.本研究成功制备含有万古霉素的PEG/ODEX水凝胶，扫描电镜结果显示PEG/ODEX水凝胶孔径大小约为60-100μm，红外光谱分析中存在席夫碱反应的吸收峰，流变实验结果表明PEG/ODEX水凝胶具有良好的弹性模量，能够维持一定的机械强度。 2.细胞体外实验部分，Gel组和Van/Gel组对细胞的增殖和活性几乎不存在影响，表明该复合体系具备良好的生物相容性，可以应用到体内。在体外细菌实验中，Van/Gel展现了优异的抗菌性能，对E.coil和MRSA均具有明显的杀伤作用，可有效清除感染。 3.体内实验部分，我们成功建立了大鼠感染性股骨缺损模型，在材料植入到股骨缺损8周后的Micro-CT检测以及组织学染色结果中显示，相比较于Con组和Gel组，Van/Gel组明显清除了体内的感染，促进缺损处的骨修复。 研究结论： 本研究通过席夫碱反应制备PEG/ODEX水凝胶，并将万古霉素加入其中构建了一种释放可控、可生物降解的给药体系。然后从材料、细胞学、细菌学、动物学等方面进行综合评价。本研究证明了Van/Gel对感染性骨缺损的治疗作用，扩大了骨组织工程在骨感染相关疾病中的研究和应用。
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