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骨关节结核的治疗是目前临床骨科医生面临的一大难题。在局部病灶维持长期有效的抗结核药物浓度和修复病灶部位的骨缺损是治疗的两个方面。全身给药,因局部病灶处血液循环已被破坏,药物难以在病灶处达到有效浓度、治疗效果差,且致病菌容易产生耐药性,仅靠全身药物治疗难以将病菌完全杀灭。病灶清除术后,遗留的骨缺损难以愈合,且致病菌可能再次侵袭,在病灶清除的同时局部喷洒抗结核药物,虽然短期内起到了杀灭细菌的作用,但由于缺乏稳定的释药载体,药物很快被稀释,无法阻挡结核菌再次对骨质的破坏,严重影响手术效果。药物缓释体系作为一种可靠有效的给药方式能够在局部病灶处保持长期而稳定的药物释放,在骨关节结核等慢性感染性骨病的治疗方面具有广阔的应用前景。骨组织工程技术和载体材料的不断发展为骨关节结核的局部治疗带来了曙光,理想的载体支架材料有望能够在局部病灶长期有效释放抗结核药物的同时实现骨缺损的修复。大量实验研究表明介孔硅(MSN)材料作为药物缓释载体材料具有明显的优势:(1)可调节纳米级的颗粒尺寸(50-300 nm);(2)理化性能稳定;(3)均一可调节的孔道;(4)高比表面积和大孔道体积容量;(5)易于功能化修饰的表面。纳米羟基磷灰石(n HA)是一种具有纳米级尺寸大小的无机陶瓷类生物材料,具有独特的骨诱导性和骨传导性能,作为骨缺损修复材料,克服了传统羟基磷灰石(HA)较难塑形、脆性大和降解慢的缺点,使其在与聚合物材料复合形成的骨缺损修复支架材料优势更为明显。PLGA微球能够将药物以及载药基质颗粒溶解或分散在微球中,实现对药物的多级控释的目的,是理想的缓控释载体材料。本实验针对骨关节结核治疗中面临的缺乏稳定释药载体和骨缺损长期存在的问题。利用MSN的载药优势和n HA的促成骨活性,将两种无机纳米颗粒与有机聚合物PLGA相结合,构建了负载抗结核药物的复合微球载体。探讨了MSN与n HA在复合微球载体药物释放特性和骨缺损修复能力方面的协同作用,为MSN/n HA复合微球的进一步应用提供理论依据。整个研究分为以下三个部分:一、PLGA-MSN多级控释复合微球的制备及释药特性研究构建一种合适的抗结核药物缓释载体,实现对药物的长期、稳定、有效的释放。利用药物浸透原理将RFP和INH分别负载至MSN,然后利用溶剂挥发法制备PLGA-MSN载药复合微球,检测其结构特性以及对两种药物的装载量,通过体外模拟药物释放检测载体材料在体外的药物释放性能。结果发现:MSN载体材料通过表面吸附和介孔孔道填充两种方式实现了对RFP和INH的一级负载,药物负载量MSN-RFP为38.5±4.3%,MSN-INH为17.1±2.7%;PLGA作为二级控释体负载MSN-RFP和MSN-INH时,药物包封率分别为75.2%和65.3%;体外模拟药物释放检测显示PLGA-MSN载药复合微球体外药物释放能够持续42天以上。MSN的引入能够明显提高复合微球对抗结核药物的缓控释效果,为其作为抗结核药物缓释载体支架材料的应用提供了实验依据。二、不同比例n HA复合微球支架材料对骨缺损修复作用的影响构建不同比例n HA/PLGA复合微球支架材料,探讨n HA对复合微球支架材料修复骨缺损作用的影响。通过溶剂挥发法制备了PLGA复合不同比例n HA的复合微球支架(n HA/PLGA=20/80和n HA/PLGA=50/50,w/w),设置单纯PLGA微球支架为对照组;检测了复合微球支架的理化特性,通过与BMSCs的体外共培养,检测了支架材料的细胞相容性以及促成骨分化能力,通过将支架材料植入兔股骨髁部缺损,检测了其在动物体内对骨缺损修复的影响。将n HA引入至PLGA微球后,微球支架材料的理化性能得到了明显的优化,体外降解实验显示:n HA的存在明显改善了PLGA降解所产生的酸性环境;体外细胞实验显示:n HA/PLGA(50/50)组对BMSCs的细胞黏附、增殖和分化作用优于n HA/PLGA(20/80)组;体内植入实验显示:术后4周时,两组复合微球支架对骨缺损的修复作用无差异,而术后8周和12周时,n HA/PLGA(20/80)组展现出更好的骨缺损修复能力。将n HA引入至PLGA微球后,支架材料修复骨缺损能力得到了明显提高,复合微球中n HA的含量在支架材料生物相容性、降解性以及骨传导性方面发挥重要作用。三、复合微球中MSN与n HA协同效应的研究:体内促成骨及释药特性将MSN与n HA两种基质成分共同引入至PLGA微球,探讨MSN与n HA在体内促成骨与释药特性方面的协同作用。通过将支架材料植入兔股骨髁部,在术后不同时间点取材,利用Micro-CT对样本进行重建,然后进行组织形态学观察;将载药复合微球埋置在兔股骨骨缺损处,术后不同时间点检测周围骨组织以及外周血中药物浓度,绘制药物释放曲线。PLGA-MSN/n HA复合微球支架对兔股骨髁部骨缺损修复作用明显优于复合单一基质颗粒的支架材料(PLGA-MSN或PLGA-n HA),在12周时,植入PLGA-MSN/n HA组股骨髁部缺损已基本完全修复;在对载药微球体内药物释放的研究发现,将n HA引入至PLGA-MSN微球后,药物早期的释放更加稳定,释放时间较对照组更长。基于MSN/n HA复合微球载体在促进骨缺损修复与药物控释方面具有协同作用,可作为理想的植入式抗结核缓释载体材料。