研究目的研究将万古霉素、硫酸庆大霉素和替加环素三种抗菌剂(抗生素)置入10%呋喃基骨水泥中,以克服该骨水泥缺乏释放性抗菌性能的缺点,并对获得的新型载抗菌剂呋喃基骨水泥的抗菌性能、生物相容性和力学性能进行研究,为临床使用提供实验依据。研究方法(1)实验分组及各组载药剂量:将10%呋喃基骨水泥与万古霉素、硫酸庆大霉素和替加环素按照40 g:1 g(2.5 wt%)、40 g:2 g(5 wt%)、40 g:4 g(10 wt%)比例混合,分为万古霉素组(2.5 wt%、5 wt%、10 wt%)、庆大霉素组(2.5 wt%、5 wt%、10 wt%)与替加环素组(2.5 wt%、5 wt%、10 wt%),合计9组。再根据实验需要补充相应对照组。(2)骨水泥标准试件及浸提液制备:按照上述分组将相应剂量抗生素与10%呋喃基骨水泥固相粉剂混合并制备圆盘形骨水泥标准试件(Φ6*3 mm),用以抗菌性能实验,制备圆柱形骨水泥标准试件(Φ6*12 mm),用以力学性能实验。将圆柱形试件浸于细胞培养基或生理盐水中,其中细胞培养基浸提液用于细胞增殖和毒性实验,生理盐水浸提液用于急性毒性试验。(3)抗菌性能实验:通过药敏试验检测各组试件抗菌性能,将各组试件置入金黄色葡萄球菌或大肠埃希菌MH琼脂培养基中,每天定时更换培养基,连续观察7天。测量并记录试件周围抑菌圈直径以判断新型骨水泥的抗菌性能。(4)生物相容性实验:(1)细胞增殖和毒性实验(体外实验):通过CCK8法,将各组细胞培养基浸提液与MC3T3-E1成骨细胞共培养,于第1、3、5天对成骨细胞形态学、OD值及相对值增殖率进行观察记录,以判断新型骨水泥的体外生物相容性;(RAD001体外2)急性毒性试验(体内实验):将抗生素含量最高(10 wt%)3组试件的生理盐水浸提液注入C57小鼠腹腔,在注射前及注射后的第1、2、3天观察小鼠的一般状态及毒性反应。第3天处死各组小鼠,取出肝、肾样本并行病理学观察,以判断新型骨水泥的体内生物相容性。(5)力学性能实验:对2.5 wt%组及10 wt%组试件的抗压强度进行测量。开动材料试验机对圆柱形试件作形变对负载的曲线。按照ISO 5833标准,“破坏强度”、“2%偏移强度”和“上屈服强度”这三者哪一个首先产生,就认为是抗压强度。记录各组试件的抗压强度,以判断新型骨水泥的力学性能。研究结果(1)在连续7天的药敏试验中,空白对照的呋喃基骨水泥组无抑菌圈产生,万古霉素组对大肠埃希菌无抑菌圈产生,其余各组均可产生抑菌圈,证明三种抗生素均可从10%呋喃基骨水泥中释放出来。各组试件产生的抑菌圈直径与抗生素添加量呈正相关,随抗生素添加量的增加而变大(P<0.05)。各组试件在第1天的抑菌圈直径最大(P<0.05),说明在最开始24小时内的释放性抗菌性能最强,其中庆大霉素组和替加环素组在金黄色葡萄球菌中的抑菌圈直径大于大肠埃希菌(P<0.05),说明这两种抗生素对金黄色葡萄球菌的抗菌性能更强。在第1天中,庆大霉素组对金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径最大,替加环素组次之,万古霉素组最小(P<0.05);庆大霉素组对大肠埃希菌的抑菌圈直径小于替加环素组(P<0.05)。从第2天至第7天,庆大霉素组对金黄色葡萄球菌与大肠埃希菌的抑菌圈直径均大于替加环素组(P<0.05)。根据各组试件对细菌表现为低敏(<10 mm)的时间,SCH772984庆大霉素组的抗菌周期最长。(2)在细胞增殖和毒性实验(体外实验)中,第1、3、5天时各组成骨细胞形态学表现均良好;各组OD值随时间增长而上升(P<0.05),反映成骨细胞处于增殖状态;从相对增殖率分析,替加环素组在各时间均表现为无细胞毒性,万古霉素组和庆大霉素组在第1天均表现为无细胞毒性,第3天开始主要表现为轻微细胞毒性,第5天均表现为轻微细胞毒性。在急性毒性试验(体内实验)中,各组小鼠在注射浸提液前及注射后3天内均表现为一般情况良好,无明显毒性反应。第3天处死小鼠取肝、肾样本行病理学观察,见各组肝、肾细胞及组织无明显变性或坏死,无毒性改变。(3)在力学性能实验中,万古霉素组、庆大霉素组和替加环素组中各组试件的抗压强度与抗生素添加量呈负相关,随抗生素添加量的增加而下降(P<0.05),其中庆大霉素组的抗压强度最高(P<0.05),说明硫酸庆大霉素对10%呋喃基骨水泥的力学性能影响最小。研究结论(1)万古霉素、硫酸庆大霉素和替加环素duration of immunization三种抗生素均可有效从10%呋喃基骨水泥中释放出来并发挥抗菌作用。(2)载抗菌剂呋喃基骨水泥的抗菌性能与抗生素的添加量呈正相关,在40 g骨水泥中加入4 g抗生素时抗菌性能最强,2 g时居中,1 g时最弱。庆大霉素组和替加环素组比万古霉素组表现出更广谱的抗菌范围及更强的抗菌性能,其中庆大霉素组抗菌周期最长,综合抗菌性能最佳。(3)载替加环素呋喃基骨水泥对成骨细胞的活性影响最小,拥有比载万古霉素或硫酸庆大霉素呋喃基骨水泥更好的生物相容性。(4)载抗菌剂呋喃基骨水泥的抗压强度与抗生素的添加量呈负相关,在40 g骨水泥中加入4 g抗生素的骨水泥组抗压强度显著低于1 g组。其中庆大霉素组的抗压强度最高,表现出的力学性能最佳。