鈦表面改性材料、術(shù)中生物多糖沖洗液及術(shù)后負壓封閉引流術(shù)在預(yù)防骨科感染的研究.pdf

1、背景：隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，因工業(yè)生產(chǎn)、車禍、體育運動等導(dǎo)致的骨與關(guān)節(jié)損傷逐年增加，越來越多的患者因骨關(guān)節(jié)、創(chuàng)傷和脊柱疾病接受了手術(shù)治療，包括接骨板內(nèi)固定、矯形和人工關(guān)節(jié)置換等手術(shù)。即使在嚴(yán)格的手術(shù)無菌操作和全身應(yīng)用抗菌素預(yù)防感染的治療措施前提下，骨科感染時有發(fā)生。骨科手術(shù)的病人一旦發(fā)生將導(dǎo)致手術(shù)失敗，肢體功能障礙，增加患者的痛苦，降低患者生活質(zhì)量以及大大增加其醫(yī)療費用。因此，尋找預(yù)防骨科手術(shù)感染的方法尤其重要。
　　在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究

2、部分，鈦及鈦合金因具有良好的生物相容性、生物力學(xué)性能、抗腐燭性能及細胞再生和骨生長等，為現(xiàn)階段在臨床及實驗研究中最受歡迎的金屬材料，在人工關(guān)節(jié)、人工椎體、骨折內(nèi)固定物、骨螺釘?shù)裙强埔约把例X種植體等牙科臨床中得到廣泛的應(yīng)用。然而，鈦及鈦合金植入物存在生物惰性高、生物活性較差、不具備抗菌性能等不足，易導(dǎo)致感染和早期松動等并發(fā)癥。如何提高材料表面生物活性，使之既能促進骨整合而又可一定程度上抑制細菌粘附，從而降低松動與感染風(fēng)險，成為了當(dāng)前鈦及鈦

3、合金植入物研究的熱點和難點。
　　隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展，納米抗菌材料已是一大類具備抑菌性能的新型材料。因納米抗菌材料中的高比表面積和高反應(yīng)活性，抗菌劑的抗菌性能增大，延長其使用壽命。納米銀抗菌材料結(jié)合了無機抗菌材料與納米抗菌材料的雙重優(yōu)勢，被公認(rèn)為最強的納米抗菌劑。廣東工業(yè)大學(xué)輕工化工學(xué)院利用化學(xué)腐蝕技術(shù)在純鈦表面制備特定形貌和尺寸的納米化結(jié)構(gòu)，同時利用聚多巴胺具有仿貽貝蛋白結(jié)構(gòu)在鈦表面形成納米孔聚多巴胺膜層，再利用聚多巴胺膜層

4、中存在鄰酚羥基、醌基等功能基團接枝納米銀，獲得新型的聚多巴胺修飾多孔鈦載納米銀鈦基表面改性材料，但其具體的生物學(xué)性能如何尚不清楚。
　　在臨床醫(yī)學(xué)研究部分，除了改進金屬材料以外，目前有無其他有效預(yù)防術(shù)后感染的方法，需從術(shù)中方法改進和術(shù)后處理方法改進兩方面做進一步探討。
　　目的：1.通過多巴胺聚合在納米孔鈦表面構(gòu)建了仿生聚多巴胺(PDA)膜層，再利用聚多巴胺的螯合效應(yīng)及還原性，調(diào)節(jié)將納米銀顆粒載入聚多巴胺修飾鈦表面的反應(yīng)時間

5、，得到不同納米銀顆粒濃度的聚多巴胺修飾鈦。利用掃描電鏡(SEM)、細胞粘附、細胞毒性及殺菌率等對載不同納米銀顆粒濃度的聚多巴胺修飾鈦進行體外生物相容性及抗菌性能檢測，為后期動物實驗及臨床應(yīng)用提供參考依據(jù)。
　　2.統(tǒng)計分析南方醫(yī)科大學(xué)附屬江門市人民醫(yī)院近年進行人工股骨頭置換手術(shù)及足踝部骨折手術(shù)的病例，評價生物多糖沖洗膠液在人工股骨頭置換術(shù)中的止血及抗感染效果及負壓封閉引流術(shù)在預(yù)防足踝骨折術(shù)后傷口感染中的作用。
　　方法：1.

6、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究部分:聚多巴胺修飾多孔鈦載納米銀材料制備及其生物性能研究
　　應(yīng)用化學(xué)腐蝕技術(shù)在純鈦表面制備納米化結(jié)構(gòu)，通過多巴胺聚合在納米孔鈦表面構(gòu)建了仿生聚多巴胺(PDA)膜層，再利用聚多巴胺的螯合效應(yīng)及還原性，通過調(diào)節(jié)將納米銀顆粒載入聚多巴胺修飾鈦表面的反應(yīng)時間，得到不同納米銀顆粒濃度聚多巴胺/納米銀修飾納米孔化鈦樣品(Ti-PDA-Ag-15min，Ti-PDA-Ag-30min，Ti-PDA-Ag-60min)。實驗分為納米

7、表面組（nTi組）、聚多巴胺修飾多孔鈦組（Ti-PDA組）和不同納米銀顆粒濃度聚多巴胺/納米銀修飾納米孔化鈦組（Ti-PDA-Ag-15min，Ti-PDA-Ag-30min，Ti-PDA-Ag-60min），以純鈦（Ti組）為對照組。通過掃描電鏡觀察材料的表面形貌，并采用直接接觸法進行細胞及細菌實驗，以小鼠前成骨細胞系為研究對象，采用4'，6-二脒基-2-苯基吲哚（4'，6-diamidino-2-phenylindole，DAPI）

8、染色法通過熒光顯微鏡觀察細胞的早期黏附、掃描電鏡下觀察材料表面細胞黏附形態(tài)，以金黃色葡萄球菌及大腸埃希菌為研究對象，采用共培養(yǎng)后利用固體LB培養(yǎng)基倒平板法計算菌落總數(shù)，換算殺菌率。
　　2.臨床醫(yī)學(xué)研究部分:
　　(1)生物多糖沖洗膠液在人工股骨頭置換術(shù)中的應(yīng)用
　　48例行人工股骨頭置換術(shù)的患者隨機分至2組，1組應(yīng)用生物多糖沖洗膠液，1組應(yīng)用生理鹽水處理創(chuàng)面。觀察兩組患者入院年齡、術(shù)前血紅蛋白(Hb)、紅細胞比積(H

9、CT)、血小板總數(shù)(PLT)、凝血酶原時間(PT)、凝血酶時間(TT)、術(shù)中出血量、術(shù)后總引流量，需要輸血的例數(shù)，不良事件發(fā)生的情況進行對比研究。
　　(2)負壓封閉引流術(shù)在預(yù)防足踝骨折術(shù)后傷口感染的臨床研究
　　43例足踝部閉合骨折的患者隨機分至觀察組及對照組，觀察組術(shù)后切口接受負壓封閉引流處理，對照組術(shù)后切口應(yīng)用常規(guī)方法處理。觀察兩組患者在發(fā)生骨折距實施手術(shù)治療的時間、切口愈合時間、術(shù)后切口并發(fā)癥的出現(xiàn)、骨折愈合后行《美

10、國足與踝關(guān)節(jié)協(xié)會踝與后足功能評分》（AOFAS評分）進行對比研究。
　　結(jié)果：1.聚多巴胺修飾多孔鈦載納米銀材料制備及其生物性能研究
　　以小鼠前成骨細胞（MC3T3-E1細胞）為研究對象，觀察純鈦組（Ti組）、納米表面組（nTi組）、聚多巴胺修飾多孔鈦組（Ti-PDA組）和不同納米銀顆粒濃度聚多巴胺/納米銀修飾納米孔化鈦組(Ti-PDA-Ag-15min，Ti-PDA-Ag-30min，Ti-PDA-Ag-60min)共6

11、組材料對細胞粘附、增殖等細胞生物學(xué)影響，發(fā)現(xiàn)聚多巴胺修飾多孔鈦組（Ti-PDA組）和不同納米銀顆粒濃度聚多巴胺/納米銀修飾納米孔化鈦組(Ti-PDA-Ag-15min，Ti-PDA-Ag-30min，Ti-PDA-Ag-60min)120min早期細胞粘附的數(shù)量較觀察純鈦組（Ti組）、納米表面組（nTi組）顯著增多，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)。掃描電鏡觀察顯示，Ti-PDA，Ti-PDA-Ag-15min，Ti-PDA-Ag-3

12、0min及Ti-PDA-Ag-60min組樣本MC3T3-E1細胞早期粘附的數(shù)量均較Ti及nTi組表面細胞的粘附狀態(tài)更佳且粘附數(shù)量更多。增殖能力顯示MC3T3-E1細胞在材料上培養(yǎng)1d和3d，各組細胞數(shù)量無顯著性差異;培養(yǎng)至第5d和7d，Ti，nTi和Ti-PDA之間的細胞數(shù)量無明顯差異，而Ti-PDA-Ag-15min及Ti-PDA-Ag-30min顯示出對MC3T3-E1細胞增殖一定的抑制作用，增殖率仍大于90％，但是至Ti-PDA

13、-Ag-60min，增殖率已明顯降低，降低接近于80％，與Ti-PDA-Ag-15min及Ti-PDA-Ag-30min樣本比較，已有較大的細胞毒性，差異均有顯著性(P＜0.01)。
　　以金黃色葡萄球菌及大腸埃希菌為對象，觀察納米表面組（nTi組）、聚多巴胺修飾多孔鈦組（Ti-PDA組）和不同納米銀顆粒濃度聚多巴胺/納米銀修飾納米孔化鈦組(Ti-PDA-Ag-15min，Ti-PDA-Ag-30min，Ti-PDA-Ag-60m

14、in)的殺菌率，以純鈦組（Ti組）為對照組。共培養(yǎng)法培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)Ti-PDA-Ag-15min，Ti-PDA-Ag-30min及Ti-PDA-Ag-60min樣本，對金黃色葡萄球菌的殺菌率分別為60.4％，100％和100％，對大腸埃希菌的殺菌率分別為83.8％，100％和100％。
　　2.生物多糖沖洗膠液在人工股骨頭置換術(shù)中的應(yīng)用
　　觀察組中患者術(shù)后總引流量為(243.70±112.17)ml，對照組為(382.68±1

15、30.20)ml，兩組病例術(shù)后總引流量的比較有明顯差異(P＜0.01);術(shù)后觀察組的輸血率為2％，而對照組的輸血率為32％，兩組病例術(shù)后輸血率比較有明顯差異(P＜0.05);兩組患者的入院年齡、術(shù)前血紅蛋白(Hb)、紅細胞比積(HCT)、血小板總數(shù)(PLT)、凝血酶原時間(PT)、凝血酶時間(TT)、術(shù)中出血量等均無明顯差異(P＞0.05)。
　　3.負壓封閉引流術(shù)在預(yù)防足踝骨折術(shù)后傷口感染的臨床研究
　　觀察組和對照組患者

16、在性別、年齡及受傷距手術(shù)時間的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05);觀察組患者在感染等并發(fā)癥發(fā)生率、愈合時間、AOFAS評分均優(yōu)于對照組(P＜0.05)。
　　結(jié)論：1.傳統(tǒng)金屬內(nèi)植物材料具有良好的生物相容性、綜合力學(xué)性能和生物環(huán)境下的抗腐蝕性，已被廣泛大量應(yīng)用于臨床。但感染和內(nèi)植物松動是其兩個主要失敗的原因。醫(yī)用鈦作為傳統(tǒng)的內(nèi)植物金屬材料，其具有良好的生物相容性、生物力學(xué)性能、抗腐蝕性能，同時相對密度小、機械強度高，彈性模量更接近于

17、人體骨等優(yōu)點，在目前臨床中應(yīng)用廣泛。如在其基礎(chǔ)上引入仿生修飾及抗菌涂層，將大大提高其利用價值。
　　2.通過納米孔化鈦表面及利用聚多巴胺的還原能力將納米銀顆粒負載至鈦表面，其聚多巴胺/納米銀修飾鈦表面有較好的細胞粘附性能及對金黃色葡萄球菌和大腸埃希菌均具有較強的殺菌能力。
　　3.銀離子有一定的細胞毒性，通過調(diào)整納米銀沉積反應(yīng)時間，可調(diào)節(jié)材料表面銀離子釋放量，得到既有較低的細胞毒性，又有較強抗菌能力的聚多巴胺/納米銀修飾鈦表

18、面材料。
　　4.生物多糖沖洗膠液具有生物屏障作用，可有效清除組織創(chuàng)面的血污和細菌，并可在沖洗部位形成保護膠膜，具有減少滲出，在人工股骨頭置換術(shù)中應(yīng)用可通過減少術(shù)后出血，有效預(yù)防術(shù)后感染發(fā)生幾率。
　　5.負壓封閉引流術(shù)是一種治療難愈性創(chuàng)面的方法。足踝骨折術(shù)后傷口應(yīng)用負壓封閉引流術(shù)能有效避免足踝部骨折術(shù)后傷口感染，減少骨折內(nèi)固定失敗，是一種對預(yù)防傷口感染較好的方法。
　　6.無論提高金屬材料抗菌性，還是術(shù)中術(shù)后操作方法