载药介孔生物玻璃治疗骨髓炎的研究进展*

周子燕　何星

（上海理工大学材料科学与工程学院，上海200093）

载药介孔生物玻璃治疗骨髓炎的研究进展*

周子燕何星**

（上海理工大学材料科学与工程学院，上海200093）

介孔生物玻璃（mesoporousbioglass，MBG）具有高度有序的孔结构、均一的孔径分布、高的孔隙率和大的比表面积，可用于药物输送，其在体外与体内两方面都呈现出更高的成骨活性，有望成为新一代的药物输送和骨修复材料。本文介绍了MBG的制备方法以及通过不同方法在MBG中加入药物，以期同时治疗感染并修复骨缺损的现有研究，但研究仍处于实验室阶段，在药物缓释制备方法上还需进一步改良。本文就载药介孔生物玻璃治疗骨髓炎的研究进展作一综述，以期为相关研究提供理论基础与实验参考。

骨髓炎；生物相容性材料；研究

【Abstract】Mesoporousbioglass（MBG）hasa highly ordered porousstructure，the uniformity of pore size distribution，high porosity，large specific surfaceareaand can be used for drug delivery.Italso presentsa high osteogenic activity both in vitro and in vivo.It is prospected to become a new generation drug delivery and bone tissue engineeringmaterials.In this paper，the preparation ofMBG and differentdrug injection into MBGwere introduced in order to treat infection and repairbone defects at the same time.But theoverallstudy is still in the stageof laboratory.We summarized the research progressofMBG in treatmentof osteomyelitis in this review so as to provide theoreticalbasisand experimental reference for related studies.

【Keywords】Osteomyelitis；BiocompatibleMaterials；Research

骨髓炎是一种严重的骨感染性疾病，急性骨髓炎死亡率很高。尽管近年来由于手术技术的进步及大量抗生素的开发与使用，急性骨髓炎的死亡率已明显下降，但由于诊断不及时多可转化为慢性骨髓炎［1］。随着人口老龄化进程的加剧，骨科疾病的患病率越来越高，对于骨组织修复与治疗产品的需求也越来越大。骨髓炎的常规治疗方法是手术清创结合静脉应用抗生素，但是抗生素静脉滴注的治疗效果欠佳，手术治疗的复感率也较高［2］。传统治疗慢性骨髓炎的方法是庆大霉素-骨水泥珠链填塞，然而骨水泥珠链不能降解吸收，具有包裹病原菌的可能；由于珠链自身无骨诱导活性，二次手术拔出后会残留大量骨腔，通常需再次手术植骨，增加患者的痛苦与经济负担。

磷酸钙、生物玻璃和玻璃陶瓷等具有很好的生物活性、力学相容性及生物相容性等特点，作为骨组织工程材料具有广阔的应用前景［3］。生物玻璃能促进新生组织的形成，而且与羟基磷灰石等单组分材料相比可以改变各组分的含量来调节其生物活性、降解性以及机械性能，以满足不同的临床要求。但是生物玻璃的孔径分布不均限制了其在药物输送方面的应用，介孔生物玻璃（mesoporous bioglass，MBG）具有高度有序的孔结构、均一的孔径分布、高的孔隙率和大的比表面积，可用于药物输送，其在体外与体内两方面都呈现出更高的成骨活性［4］，有望成为新一代的药物输送和骨修复材料。

1　生物玻璃与介孔生物玻璃的简介

1.1生物玻璃

Hench等［5］于1969年发现某些玻璃成分具有良好的生物相容性和骨结合能力。生物玻璃通过界面与细胞反应，形成碳酸磷酸钙表面层，可与宿主骨发生化学键合，这种骨结合行为称为生物活性，这与生物玻璃接触生物体液时玻璃表面形成的碳酸羟基磷灰石（hydroxy carbonateapatite，HCA）有关［6-8］。生物玻璃具有良好的生物活性及骨修复能力，具有用于骨疾病治疗的潜能，但与MBG相比，传统的生物玻璃缺少能够大量负载药物分子的有序孔结构及大的比表面积，因而制备具有有序孔结构、大比表面积、高生物活性及高效负载能力的新型生物玻璃材料成为解决这一难题的关键。

1.2MBG

国际理论与应用化学联合会（IUPAC）规定孔径介于2～50 nm为介孔材料［9］。Kresge等［10］使用表面活性剂作结构导向剂，首次成功地合成了纯硅介孔材料。之后又合成了许多类不同孔隙特征的介孔材料。对于生物医学领域而言，MBG具有高度有序的孔道结构，具有大的比表面积和优良的体外生物活性，可以装载和缓释抗菌消炎药物庆大霉素，与普通溶胶-凝胶玻璃相比，MBG具有更大的药物装载量和更缓慢的药物释放速度［11］，是一种非常有应用前景的药物控释载体。

3　MBG的制备

目前MBG的制备方法通常是将超分子表面活性剂引入到溶胶-凝胶过程中，在特定环境下，超分子自组装成胶束，进而胶束的亲水部与无机物种自组装形成一个有序中间相，最后利用高温热处理或其他物理化学手段除去表面活性剂有机模板后留下的空间即为介孔。

Yan等［12］使用P123（EO20-PO70-EO20）和F127（EO106-PO70-EO106）作模板剂制得高度有序MBG，用P123可获得二维六角介孔结构，用F127可得到蠕虫状介孔结构；Lei等［13］使用乙二醇（PEG）作模板剂制得MBG微球且介孔尺寸为2～10 nm；Yun等［14］使用阳离子表面活性剂十六烷基溴化铵（CTAB）作模板剂制备MBG纳米微球，研究发现其比表面积高达1040m2/g，孔体积为1.54 cm3/g。Zhao等［15］在MBG中提高CaO的含量，研究表明MBG比传统纯硅材料具有更高的装载能力和较低的释放能力。由于MBG比纯硅介孔材料具有更优越的磷灰石矿化能力，故具有更高的药物输送能力，而且药物能与孔壁上的钙结合成鳌合物可以降低释药能力。因此，MBG的制备方法、表面活性剂、成分等都会影响其药物输送能力。

4　MBG用于治疗骨髓炎的研究

慢性骨髓炎是一种常见病，根本的病因是感染。全身应用抗生素却很少能渗透至病灶内，而局部用药则可使病灶内抗生素浓度比全身用药高出数倍至数十倍，避免了全身毒副作用的发生。然而单纯局部用药不具药物缓释作用，容易被血液冲走，不能长期维持有效的抗菌浓度，降低了抗菌能力。许多学者开始研制局部药物缓释系统，如聚乳酸/羟基乙酸、重组合异种骨等释药系统，但普遍存在药物爆释作用明显、载药量不大、释放时间短、有一定抗原性，且多为块状，不能任意塑形，难以与骨腔完全贴敷，残留死腔，易致骨髓炎复发［16-18］。而MBG具有高度有序的孔结构、均一的孔径分布、高的孔隙率和大的比表面积，可用来承载药物，并具有生物活性与缓释作用，是治疗慢性骨髓炎等骨科疾病理想的载药材料。

Xia和Chang［11］首先将MBG用于装载抗生素类药物庆大霉素，研究发现MBG可实现庆大霉素的缓释作用，从而延长给药时间。EI-Fiqi等［19］以纳米MBG为载体吸附抗生素氨苄西林钠，研究发现药物吸附量随着药物初始浓度的增大而增大，释放实验表明氨苄西林钠以可持续的形式缓慢释放。周艳玲等［20］将MBG58S作为阿霉素的载体，发现释放介质的PH值对药物的释放速率有很大影响，PH值越低药物分子释放越快，结论认为MBG是一种高效的药物缓释载体，可用作骨修复及骨髓炎的治疗材料。Zhu等［21］将具有成骨作用的双膦酸盐类药物阿仑膦酸钠装载进MBG微球中，发现药物分子的释放速度与玻璃组分中钙含量有关，钙含量越多，释放速率越慢。Zhu等［22］的另一项研究发现，将MBG以浸渍涂覆的方式修饰在聚乳酸支架表面，MBG涂层同样可实现对大霉素的缓释。Hsu等［23］将MBG通过静电纺丝的方法制成MBG纤维基质模拟细胞外基质的三维结构，在模拟体液中其表面会形成磷灰石矿物层表明其具有生物活性，进行细胞粘附的研究发现MBG能促进细胞粘附，有利于骨组织修复，高的比表面积可以承载药物且其缓释药物时间可达10天以上。

MBG具有高度有序的孔结构、均一的孔径分布、高的孔隙率和大的比表面积，在体外与体内两方面都呈现出更高的成骨活性，可实现生物活性分子有效装载及持续缓慢的释放，具有微纳米级的规则形态及良好的流动性，有望成为新一代治疗骨髓炎的药物载体和骨修复材料。

综上，应用抗生素载体局部给药可以获得比较稳定的局部药物浓度且避免了全身用药所带来的副作用，具有良好的抗感染效果。MBG具有有序的介孔结构和可控的纳米尺寸，使其具有更大的比表面积和孔体积，从而显著提高其生物活性。MBG具有良好的体外和体内生物活性以及较大的装载能力和低的释放能力，是药物和生长因子良好的输送载体，有望成为治疗骨髓炎等疾病理想的载药材料。此外，MBG支架还可用于骨再生组织工程，但仍需进一步研究其体内骨形成、降解和新陈代谢机制。随着对MBG支架体内生物活性和相应机制的了解，MBG有望于不久的将来应用于临床。

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Research progressofmesoporousbioglassapplied to treatosteomyelitis*

ZHOU Ziyan，HEXing**
（SchoolofMaterials Scienceand Engineering，University of Shanghai for Scienceand Technology，Shanghai200093，China）

2095-9958（2016）02-0084-03

10.3969/j.issn.2095-9958.2016.01-17

国家自然科学基金青年科学基金项目（51202147）

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何星，E-mail：hexing@usst.edu.cn