基于45S5生物玻璃的庆大霉素载药抗菌支架的构建及验证研究.pdf
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1、第 1 期2024 年 2 月现代盐化工Modern Salt and Chemical IndustryNo.1Feb.,2024基于 45S5 生物玻璃的庆大霉素载药抗菌支架的构建及验证研究胡浙安(金华职业技术学院,浙江金华 321000)基金项目:金华市科技计划公益类项目(2019 4 073)作者简介:胡浙安,男,安徽庐江人,高级工程师,本科,研究方向:无机非金属材料。摘要:目的:构建搭载庆大霉素的 45S5 生物玻璃支架,对比其生物活性及抗菌能力。方法:采用聚氨酯泡沫模板法制备搭载庆大霉素的 45S5 生物玻璃支架,制备不同庆大霉素含量的分组;研究支架在生理环境下的生物活性、降解性能
2、及其体外抗菌能力规律;并了解研究支架在生物体内骨髓炎模型下的抗菌能力。结果:45S5+8%庆大霉素复合材料对 BMSC 的增殖没有明显的影响;体外细菌抵抗实验显示接触的细菌减少了 50%;体内细胞实验显示仅有细菌少量聚集;通过吉姆萨染色显示仅有轻微的炎症反应,并且有明显的成骨反应。结论:45S5 搭载 8%庆大霉素复合支架作为抗生素载体,具有较好的药物缓释性及生物相容性,其成骨作用较强;并能根据缺损形态进行有效修复,有望成为一种理想的药物载体和骨缺损修复材料治疗骨髓炎。关键词:生物玻璃;庆大霉素;金黄色葡萄球菌;骨髓炎 临床上治疗骨关节和软组织感染主要依赖抗生素,包括全身和局部给药1。但由于受
3、感染区域血供不足,全身静脉给药难以达到有效浓度,可能需增加剂量和给药频次,增加患者并发症风险2。局部直接给药就成为更佳选择3。研究者一直在探索理想的抗生素载体,通过材料降解在感染部位局部释放抗生素4。本研究旨在构建基于 45S5 生物玻璃的庆大霉素载药支架,评估其在模拟生理条件下的活性、降解性和抗菌效果,以及在体内骨髓炎模型中的治疗潜力。1 材料和方法1.1 载药复合支架材料的制备采用熔融法制备硼酸盐生物玻璃,主要原料包括分析纯的硅酸盐、碳酸盐和磷酸盐,均匀混合后在铂金坩埚中 1 1001 300 熔化 120 min 后快速冷却并研磨成小于 50 m 的粉末。接着以 1 10 20 质量比混
4、合壳聚糖、柠檬酸和葡萄糖制成溶液。硅酸盐生物活性玻璃、硫酸庆大霉素和壳聚糖溶液以 2 1 体积比混合成 BG/CS/T 复合材料,固化 20 min 后得圆柱形实心片剂(4.7 mm3.5 mm,(986.4)mg)。制备两种不同抗生素质量分数(4%及 8%)的试样,并以无抗生素样品为对照。所有试样在实验前经 射线消毒。1.2 体外抗生素释放实验将两种不同抗生素含量的 BG/CS/T 复合材料试样各 4 片,分别浸泡在 10 ml 磷酸盐缓冲液(PBS,pH 7.27.4)中,并在 37 恒温条件下孵育。每 48 h 更新一次 PBS,并在无菌条件下用高效液相色谱法测定洗脱液中的替考拉宁浓度。
5、通过计算 BG/CS/T 复合物释放的替考拉宁含量,并应用 Peppas 方程拟合药物释放曲线,从而研究其释放机制:Mt/M=ktn。方程中,Mt/M代表时间 t 的药物累积释放率,k 是与药物和载体物理性质相关的释放速率常数,n 是表征药物释放机理和载体形状的特征指数,详细解释见 Peppas 模型。1.3 生物相容性检测利用 CCK8 试剂盒评估 BMSCs 在庆大霉素复合材料上的增殖状况。简述实验步骤如下:BMSCs 接种于3 组硼酸盐生物玻璃支架,培养周期分别为 1 天、3 天和7 天,接种密度为每样品 104细胞。各时间点,向每孔加入 360 L 培养基和 40 L CCK8 溶液,
6、继续在 37 孵育 4 h。随后,从 24 孔板每孔抽取 100 L 反应液至96 孔板中,使用酶标仪在 450 nm 波长下测定吸光度。1.4 体外抗菌实验在体外抗菌实验中,以骨科常见致病菌金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus,ATCC25923)为对象,测试样品 45S5 生物玻璃及其含有不同质量分数庆大霉素的复合材料(45S5+4%庆大霉素和 45S5+8%庆大霉素)的抗菌效果。通过比较实验组与对照组(原始45S5 生物玻璃)的菌落数,计算抑菌率。抑菌率=(对照组菌落数)-实验组菌落数/对照组菌落数100%16第 1 期2024 年 2 月现代盐化工研究与开发No.
7、1Feb.,2024实验步骤如下:紫外灯消毒无菌台 3060 min。向含 5 mLB 肉汤的EP 管中加入100 L 菌原液和样品,37 培养 2448 h。取出 EP 管,摇匀,取 100 L 稀释105倍。取 50 L 稀释液滴入冷肉汤琼脂培养皿,用涂棒涂抹。封口膜封培养皿,37 培养 1216 h。菌落计数,记录数据和拍照。1.5 抵抗细菌黏附实验本实验采用金黄色葡萄球菌进行表面黏附实验(抵抗细菌接触实验)使用 0.9%NaCl 的生理盐水调整细菌悬液至 105 CFU/mL。将样品(45S5 及含 4%和8%庆大霉素的 45S5 复合材料)放入 12 孔板底部。向每孔加入 1.5 m
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