含多巴胺载双组份药物磷酸钙骨水泥的研究

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磷酸钙骨水泥(CPC)具有自固化,可塑形等特点,其水化产物为自然骨的主要无机成分—羟基磷灰石(HA),因此CPC是目前较为理想的骨填充材料之一。但由于CPC的力学性能较差而限制了其在临床上的应用。多巴胺(DA)是一类具有良好生物相容性,可在潮湿环境中形成具有超强粘性的聚多巴胺的小分子。研究表明聚多巴胺可与至少25种材料形成牢固的黏附关系,因此本论文拟添加DA增强CPC的抗压强度。骨缺损修复是一个时序性的复杂过程,在不同阶段需要给予病灶部位不同药物,因此本研究的目的是制备含DA载双组份药物的CPC,并实现提高CPC的抗压强度和前期释放抗生素,长期释放促骨生长药物的时序性释放。本研究采用Biocement D的配方,分别加入不同浓度的DA,利用X-射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、万能材料力学试验机和扫描电镜(SEM)研究载DA的CPC的的相成分、抗压强度和微观形貌。采用复乳法制备载骨碎补提取物(GSB,主要成分:柚皮甙)的PLGA微球(MS)。以MS的载药率为考察因素,选取内水相浓度、投药量、氯化钠的量和司班的量等因素,利用正交实验分析优化MS的制备。分别在CPC和含1.75%DA的CPC中装载可广谱抗菌的庆大霉素(GS)和MS,载GS和MS的量分别为0wt.%和0wt.%、1wt.%和0wt.%、0wt.%和10wt.%.1wt.%和10wt.%。通过Gillmore双针法、XRD、万能材料力学试验机、紫外分光光度计和SEM等检测各组CPC的凝固时间、相成分、抗压强度、体外药物模拟释放、微观形貌和MS降解后孔隙率等。采用成骨细胞(MC3T3-EI)共培养法研究各组CPC上细胞的粘附行为、增殖以及分化;采用琼脂培养板扩散实验(金黄色葡萄球菌,ATCC,6538)研究各组CPC的抗菌性能。载DA的CPC的研究结果表明:DA载入CPC中会发生自聚合形成聚多巴胺,并可促进α-TCP和DCPD的溶解与转化,且其促进作用随着DA的浓度的增加而增强;1.75wt.%DA的载入可将CPC的抗压强度提高4MPa,3.5wt.%和7wt.%DA的载入可将CPC的抗压强度提高10Mpa和8.8MPa;DA载入后可改善CPC结构的致密性。载GSB的PLGA微球的研究结果表明:内水相浓度对MS的载药率有显著性影响,优化后载药率为10.2%;MS平均粒径为28μm呈现光滑的球形;药物释放时间约为20d。含DA载双组份药物CPC的研究结果表明:DA和MS的载入会缩短CPC的凝固时间,GS的载入会延长CPC的凝固时间,但均不存在显著性差异;同时载入DA和双组份药物时,可将CPC的抗压强度提高8MPa; GS集中在前期释放,释放约16d, GSB则释放时间更长约110d,DA的载入可延缓两种药物释放的时间,减小药物的最终释放量;药物释放100d后,各组CPC均已基本转化为HA,聚多巴胺、GS和MS的降解物都会抑制HA晶体的成核和生长,MS的降解可提高CPC的孔隙率,这有利于体液的渗入和骨组织的长入。与细胞共培养结果显示:培养1d后,各组CPC表面均粘附了大量的活细胞;同时载有DA、MS和GS的CPC可长期促进细胞增殖,前期抑制细胞ALP活性,共培养7d后对细胞ALP活性无影响。同时载有DA和双组份药物的CPC具有一定的抗菌能力。本论文结果显示,同时载入DA和双组份药物后CPC的抗压强度可提高MPa; GS和MS可以实现药物的程序性释放,GS释放集中在前14d, GSB的释放时间约为110d;同时载有DA和双组份药物的CPC可长期促进细胞增殖,前期抑制细胞ALP活性,共培养7d后对细胞ALP活性无影响,且具有一定的抗菌能力。
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