介孔玻璃水泥缓释抗生素/活性维生素D治疗慢性骨髓炎合并骨延迟愈合

TThis study will develop high surface area / pore volume mesoporous (~ 8nm) glass, cement and macroporous (200 ~ 300μm) stent drug delivery system. Antibiotics and active vitamin D are loaded on the mesoporous glass cement and its bracket for the treatment of chronic osteomyelitis with bone defects and delayed bone healing. The biocompatibility of drug delivery system, biological activity and degradation will be systematically studies, which will explore the high drug loading of the mesoporous system, surface properties and structure of mesoporous characteristics of osteoblasts and endothelial cell adhesion, proliferation and differentiation, as well as the expression of osteoblast-related genes. Active vitamin D in the body can promote material vascularization and osteogenesis. This study is to reveal the relationship between the materials in vivo degradation and new bone regeneration. Through this study, the followings including the pore structure and properties of materials (high specific surface area / pore volume) and functions (sustained release, blood vessels and osteoblasts, etc.), and the relationship between the development of new special features of the bone implant will be elucidated. This will provide the experimental basis for the clinical application of this material and method

本项目将研制高比表面积/孔容的介孔（2～8nm）玻璃水泥及其大孔（200～300μm）支架载药体系。将抗生素和活性维生素D装载在介孔玻璃水泥及其支架上，用于治疗慢性骨髓炎合并骨缺损及骨延迟愈合。系统地研究载药系统的生物相容性、生物活性和降解性。探索高载药量的介孔玻璃体系组成、表面性质和介孔结构等特征对成骨细胞和内皮细胞粘附、增殖和分化，以及对成骨相关基因表达的影响机制。研究活性维生素D在体内促进材料血管化和成骨的作用机制，揭示材料体内降解和新骨再生性能之间的关系，载药系统促进骨修复的机理。通过本研究，阐明材料的孔结构与性能(高比表面积/孔容)和功能(缓释、血管化和成骨等)的关系，为发展新型、有特殊功能的骨植入体提供新思路和方法，为材料临床应用提供实验依据

研制出介孔玻璃骨水泥及预固化骨水泥大孔支架载药体系，装载抗生素（VH）和活性维生素D（VD3），用于治疗慢性骨髓炎合并骨缺损及骨延迟愈合。合成介孔硅酸钙镁（m-MCS），孔道结构规则，孔径分布均匀（5-9 nm），具有高比表面积（410m2/g）和孔容（0.8 cm3/g）。制备m-MCS /硫酸钙复合骨水泥（m-CSBC），该骨水泥具有合适的固化时间、可注射性、固化强度；随m-MCS含量增加，生物活性和降解性明显提高，m-MCS降解产物能中和硫酸钙降解产生的酸性物质，稳定体系pH值在生理pH范围内。该骨水泥体系介孔结构能缓释VH和VD3,具有很好的抗菌性能和安全性，细胞毒性为0级。介孔玻璃骨水泥及载VH和VD3支架具有良好的细胞相容性，能促进细胞粘附，增殖和成骨分化。.制备介孔玻璃水泥支架（m-CSBS），随m-MCS增加，m-CSBS的吸水性和孔隙率逐渐升高，达到282%和86%。支架能促进磷灰石沉积，降解产物能稳定浸泡液的pH值。m-CSBS支架能缓释VH和VD3。m-CSBS支架及载VH和VD3体系能使细胞较快地粘附在其表面，铺展形态良好；降解产物Ca，Mg和Si离子能促进成骨细胞增殖和分化。动物实验证明，负载VH和VD3的实验组（20 m-CSBS/VH/VD3）的新骨生成量，I型胶原表达和血管化程度均显著高于对照组，20 m-CSBS/VH/VD3能促进骨缺损修复，生物相容性、降解性和成骨活性优良。 .以氧化镁粉末、磷酸二氢钠及介孔硅酸镁（m-MS）粉末为原料合成介孔镁基骨水泥及支架（MBC），随m-MS含量增加，MC3T3-E1细胞在MBC上黏附、增殖，ALP活性增加。将材料植入兔体内，用上海光源CT 成像系统、HE染色、Masson染色及免疫组化（I型胶原和VEGF）对骨缺损修复情况进行评价，该骨水泥具有优良的生物相容性、降解性和成骨活性，能促进骨缺损修复，有望成为一种新型骨修复材料。