以超声波为信号源构建具有体外可控缓释功能钛金属表面载药系统的应用基础研究

Infection is still one of the serious complications of orthopedic implants. Implanted metallic foreign body are the risk factors leading. to these infections, caused by a series of in vivo reactions include the weakening of the macrophage function and passivation of the local immune system, which provide convenient conditions for the proliferation of pathogens. In addition, in order to improve the therapeutic effect of bone infection, local drug delivery method have been widely investigated and developed. Controlled release system for drugs on the metallic substrate has been favored due to its continuity and adjustable release characteristics. On the basis of the research on TiO2 nanotube array and controlled drug release, nano-hydroxyapatite loaded antibiotic will be deposited onto the nanotube coatings, then forming a release system on the material surface. The ultrasonic wave would be used as the annunciator to attach the “on-off” effect of the releasing function. By building the anti-infection model, detecting the biocompatibility in vivo or vitro, we will evaluate the antimicrobial efficacy of controlled-release system, and provide a theoretical and experimental evidence for anti-infection research and development of metal materials.

感染仍然是骨科植入物的严重并发症之一。植入体内的金属异物是导致此类感染发生的危险因素，所引发的一系列体内反应包括巨噬细胞功能的减弱，局部免疫系统的钝化等都为病原体的增殖创造了便利的条件。此外，为了改善骨感染的治疗效果，局部给药方法得到研究与开发。其中，表面载有药物的金属基缓释系统以其具有的药物持续性和可调控性释放特点而受到青睐。本项目组在前期纳米管涂层和药物控释研究的基础上，对钛金属表面进行规则微形态改性，制备TiO2 纳米管阵列涂层，然后进行载药nHA 涂层的沉积，以其为媒介将抗生素药物缓释系统成功构建于钛金属表面，并辅以超声波作为信号源，实现内置物表面涂层载药的“开关”释药功能。通过构建抗感染动物模型、检测体内外生物相容性及动物感染状况，评价该缓释系统的抗菌功效，为抗感染金属植入物的研制和开发奠定理论和实验基础。

感染是骨科植入物的严重并发症之一。植入体内的金属异物是导致此类感染发生的危险因素，所引发的一系列体内反应包括巨噬细胞功能的减弱，局部免疫系统的钝化等都为病原体的增殖创造了便利的条件。为了改善骨感染的治疗效果，局部给药方法得到研究与开发。其中，表面载有药物的金属基缓释系统以其具有的药物持续性和可调控性释放特点而受到青睐。本项研究：1.通过两步阳极氧化的方法成功构建了钛金属表面二氧化钛纳米管结构；而通过电泳化学沉积的方法，在二氧化钛纳米管表面成功构建了均匀致密的羟基磷灰石涂层，并以滴加的方式将盐酸万古霉素装载进复合涂层。2.体外药物缓释研究结果显示：二氧化钛纳米管/纳米羟基磷灰石/盐酸万古霉素复合涂层比单纯二氧化钛纳米管以及纯钛表面羟基磷灰石载药涂层具有更长的药物缓释效能。结果表明：构建的复合载药涂层其药物释放时间超过了150个小时。3.抑菌圈实验结果表明：复合载药涂层有良好的抑菌效果。4.载药及未载药的复合涂层细胞毒性实验结果表明：细胞能在载药涂层表面正常黏附生长，细胞核质比例正常，细胞骨架完整，与各对照组及空白组间无明显差异，载药涂层对细胞生长无明显毒性和抑制作用。随后我们对载药复合涂层施加以超声刺激，然而对照组和实验组并无显著性差异，且药物释放时间较短。银(Ag)是一种公认的高效抗菌剂，能杀灭广谱细菌，并在生理条件下保持稳定。与传统的局部抗生素给药系统相比，初始瞬间释放和随后的局部毒性相对较低,其有望成为比有机抗生素更理想的长效抗菌剂。因此我们制备不同浓度Ag (1%、2%和4%)的钛银合金纳米管（TiAg-NT）作为基底材料继续进行研究。通过体内和体外实验表明，TiAg-NT样品可以防止生物被膜的形成，并保持其抗菌能力至少1个月。与纯钛相比，Ti2%Ag-NT具有更好的抗菌能力和生物相容性，这可能是由于Ag (2 wt%)的存在与纳米管形貌的协同作用。Ti2%Ag-NT可能提供一种潜在的植入材料，能够防止植入相关感染。

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