骨關(guān)節(jié)結(jié)核局部藥物緩釋材料研究進(jìn)展

李大偉 馬遠(yuǎn)征

結(jié)核病長(zhǎng)期以來嚴(yán)重影響人們健康和生活質(zhì)量，我國是全球22個(gè)結(jié)核病高負(fù)擔(dān)國家之一，發(fā)病例數(shù)在印度之后，列世界第二［1］。骨關(guān)節(jié)結(jié)核是除周圍淋巴結(jié)結(jié)核外，最多見的肺外結(jié)核，約占結(jié)核病總數(shù)的3%～5%。骨關(guān)節(jié)結(jié)核如診療不及時(shí)，極易造成病灶部位組織破壞、寒性膿腫及竇道形成，導(dǎo)致局部畸形或出現(xiàn)截癱癥狀等。藥物治療是治療骨關(guān)節(jié)結(jié)核的基石，但是骨關(guān)節(jié)結(jié)核需要長(zhǎng)期的全身抗結(jié)核藥物治療，可能造成周圍神經(jīng)損害，肝、腎毒性作用，免疫系統(tǒng)不良反應(yīng)等。而藥物進(jìn)入體內(nèi)能否產(chǎn)生藥效，很大程度上取決于病灶中的藥物濃度［2］。骨關(guān)節(jié)結(jié)核的病理特點(diǎn)，影響藥物滲透至病灶，難以在病灶內(nèi)達(dá)到足夠的藥物濃度。局部緩釋給藥途徑是研究熱點(diǎn)，結(jié)合骨關(guān)節(jié)結(jié)核手術(shù)治療自身特點(diǎn)，近年來在植骨替代材料負(fù)載抗結(jié)核藥物方面取得了一些突破，筆者對(duì)目前骨關(guān)節(jié)結(jié)核局部藥物緩釋材料的研究進(jìn)展進(jìn)行闡述。

骨關(guān)節(jié)結(jié)核局部藥物緩釋材料的特點(diǎn)及理化性能要求

骨關(guān)節(jié)結(jié)核病灶組織中包括干酪樣壞死物質(zhì)、死骨、寒性膿腫、結(jié)核肉芽組織，以及結(jié)核分枝桿菌菌群。在非硬化型病灶中外圍被纖維結(jié)締組織包裹，硬化型（約占脊柱結(jié)核70%）中，病灶的外圍為一硬化壁，即硬化骨。在非硬化型病灶中一線抗結(jié)核藥物濃度可以達(dá)到最低抑菌濃度以上。但是在硬化型中，硬化骨局限了病灶的發(fā)展，但幾乎無血運(yùn)，硬化骨內(nèi)抗結(jié)核藥物僅為最低抑菌濃度，達(dá)不到殺菌濃度，并形成屏障阻礙藥物進(jìn)入病灶中。而隱匿于壞死及干酪樣病灶的菌群只對(duì)利福平和吡嗪酰胺敏感。極低的藥物濃度及病變局部的相對(duì)封閉環(huán)境、缺氧等復(fù)雜因素致使硬化骨內(nèi)壞死及干酪樣病灶中的菌群難以被殺滅，成為結(jié)核復(fù)發(fā)的潛在因素［3］。因此，通過局部給藥途徑直接將藥物置于病灶之內(nèi)，在局部釋放抗結(jié)核藥物，有利于結(jié)核病的治療。

骨關(guān)節(jié)結(jié)核局部藥物緩釋體系的優(yōu)勢(shì)在于，在局部可達(dá)到較高的殺菌濃度，有利于殺滅或抑制結(jié)核分枝桿菌的生長(zhǎng)、繁殖，減少因局部藥物濃度低導(dǎo)致的耐藥；血藥濃度低，全身不良反應(yīng)??；避免因手術(shù)形成的瘢痕組織及硬化骨阻礙抗結(jié)核藥物達(dá)到病灶內(nèi)；藥物載體材料代替或修復(fù)骨缺損，在植入病灶后逐步被機(jī)體降解、釋放藥物的同時(shí)，最終被骨組織替代。

理想的骨關(guān)節(jié)結(jié)核局部藥物緩釋材料體系應(yīng)具有良好的生物相容性，對(duì)細(xì)胞有良好的親和力，細(xì)胞對(duì)材料有高的黏附率；材料在體內(nèi)具有骨傳導(dǎo)性及骨誘導(dǎo)性；具備生物降解性質(zhì)，與骨修復(fù)相匹配的生物降解速率［4］，無免疫原性，材料及其降解產(chǎn)物對(duì)機(jī)體無不良反應(yīng)；具有良好的可塑性、適宜的孔徑、孔隙率和機(jī)械強(qiáng)度，有良好的物理、化學(xué)性能，并且便于醫(yī)用消毒；具有緩釋藥物的功能，材料與藥物間無不良相互影響；緩釋材料降解時(shí)間長(zhǎng)，藥物作用維持2～3個(gè)月以上；多種一線抗結(jié)核藥物聯(lián)合用藥，局部緩釋的藥物濃度穩(wěn)定。

骨關(guān)節(jié)結(jié)核局部藥物緩釋材料進(jìn)展

1970年Buchholz和 Engelbrecht［5］將慶大霉素加入聚甲基丙烯酸甲酯中預(yù)防人工關(guān)節(jié)感染，取得良好效果。近30年來在系列新的生物相容性好的無機(jī)材料和有機(jī)高分子材料基礎(chǔ)上，逐漸發(fā)展骨科領(lǐng)域植入的抗結(jié)核藥物緩釋系統(tǒng)。目前，國內(nèi)外的抗結(jié)核局部藥物緩釋體系主要有兩大類，在支架材料上負(fù)載抗結(jié)核藥物體系和抗結(jié)核藥物緩釋微球類制劑。利用支架材料負(fù)載抗結(jié)核藥物體系，既具有局部藥物緩釋作用，兼具修復(fù)骨缺損的骨傳導(dǎo)性、甚至骨誘導(dǎo)作用。近年國內(nèi)外對(duì)于抗結(jié)核藥物緩釋材料系統(tǒng)的研究較多，筆者按照材料的性質(zhì)進(jìn)行分述。

一、天然高分子藥物緩釋材料

天然高分子材料主要為植物膠類和蛋白質(zhì)類，用于醫(yī)學(xué)的有明膠、膠原、海藻酸鹽、殼聚糖等，材料對(duì)人體無毒性、可制成微球、膜狀或纖維狀，通過包載藥物，可在體內(nèi)持續(xù)釋放藥物2～8周。材料的缺點(diǎn)是具有一定的抗原性，不同批次材料間純度差別大、可重現(xiàn)性差。此外，由于材料的強(qiáng)度差，在負(fù)重部位骨缺損修復(fù)中的應(yīng)用受到局限。?；萆龋?］采用明膠作為載體，加載異煙肼，制成抗結(jié)核藥物緩釋海綿，置入手術(shù)后的骨結(jié)核病灶缺損處，通過核素示蹤技術(shù)，證實(shí)緩釋材料體系可緩慢釋放異煙肼約1個(gè)月。部分學(xué)者報(bào)道采用異煙肼、利福平與明膠制成的緩釋藥膜，置入骨結(jié)核手術(shù)后病灶處，27例患者中，有1例復(fù)發(fā)，但臨床研究無對(duì)照組，亦無確切藥代動(dòng)力學(xué)研究結(jié)果作為支撐［7］。

二、人工骨類藥物緩釋材料

人工骨主要為鈣磷類物質(zhì)，包括羥基磷灰石、磷酸三鈣、生物玻璃、磷酸鈣骨水泥、硫酸鈣等。此類無機(jī)化合物的化學(xué)成分與人體骨骼的無機(jī)成分組成相似，可用作藥物緩釋載體；在體內(nèi)可降解、無毒性，具備良好的機(jī)械強(qiáng)度和骨傳導(dǎo)性能。材料具備多孔結(jié)構(gòu)可負(fù)載多種藥物、骨生長(zhǎng)因子等。藥物釋放速度可通過調(diào)節(jié)材料本身孔徑及添加劑的含量來調(diào)控。單一采用人工骨的缺點(diǎn)是，降解后影響局部微環(huán)境pH值，陶器類人工骨可塑性差，人工骨材料降解速度較慢，與骨修復(fù)速度不匹配［8］。陳安民等［9］研制利福平－多孔羥基磷灰石人工骨核治療骨結(jié)核的植入式緩釋劑，形狀為中空?qǐng)A柱體，實(shí)驗(yàn)證實(shí)在體內(nèi)至少可持續(xù)釋放有效濃度的藥物27周，對(duì)結(jié)核分枝桿菌有明顯的抑菌作用。秦世炳等［10］用含妥布霉素的醫(yī)用硫酸鈣顆?；蜃泽w骨與硫酸鈣顆?；旌衔镉糜诠顷P(guān)節(jié)結(jié)核手術(shù)后骨缺損的修復(fù)，臨床觀察表明，上述材料體系對(duì)促進(jìn)骨修復(fù)以及提高骨結(jié)核治愈率起到積極的作用。

三、聚內(nèi)酯類藥物緩釋材料

以聚乳酸（PLA）、聚乳酸－羥基乙酸（PLGA）等為代表的脂肪族聚酯類合成高分子由于可以通過化學(xué)合成批量生產(chǎn)，產(chǎn)品性能可以控制、重復(fù)性好，適宜于工程化的要求，而且可以通過改變合成高分子的結(jié)構(gòu)、組成來調(diào)控力學(xué)性能和生物降解速度，以滿足不同生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的需求；它們?cè)谏矬w內(nèi)又可由于水解反應(yīng)而使得酯鍵斷裂、發(fā)生降解，降解產(chǎn)物乳酸或乙醇酸又可通過三羧酸循環(huán)進(jìn)一步代謝成對(duì)人體組織沒有毒害作用的二氧化碳和水，因此已獲得我國和美國等國家批準(zhǔn)認(rèn)證，可以用于制備植入人體的醫(yī)療材料。材料植入人體后具有一定的初始力學(xué)性能；可降解材料的力學(xué)性能下降速度與骨愈合速度相匹配。Hsu、Kailasam等［11－12］對(duì)負(fù)載有異煙肼的圓柱體狀PLGA材料進(jìn)行系列研究，研究釋藥特性，以及對(duì)骨缺損的修復(fù)作用進(jìn)行研究，表明該緩釋材料體系具備6周以上的局部緩釋異煙肼能力，并且材料的緩釋降解速率與骨修復(fù)速度相匹配。但是聚內(nèi)酯類材料缺乏良好的親水性、生物活性及足夠的機(jī)械強(qiáng)度，且被水解后生成大量帶羧基的低分子產(chǎn)物，其可降低生物內(nèi)環(huán)境的pH值，較低的pH值會(huì)引起機(jī)體的炎癥反應(yīng)，對(duì)機(jī)體造成損傷。

四、天然骨類材料

應(yīng)用于臨床的天然骨類材料主要為同種異體骨加工而成，包括凍干骨、脫鈣骨基質(zhì)、脫蛋白骨基質(zhì)、脫細(xì)胞骨基質(zhì)等，具備骨傳導(dǎo)作用和一定的骨誘導(dǎo)活性。具有多孔結(jié)構(gòu)，微孔大小規(guī)則，可負(fù)載多種藥物。但單獨(dú)作為藥物載體尚存在骨強(qiáng)度不足、殘留免疫原性、載藥量比較小、可塑性差等缺點(diǎn)。

五、復(fù)合材料體系

鑒于單一載體材料作為骨關(guān)節(jié)結(jié)核緩釋載藥體系用于修復(fù)骨缺損，可能存在力學(xué)強(qiáng)度差，只具備骨傳導(dǎo)能力，不具備骨誘導(dǎo)能力，可塑性較差，親水性差，微觀結(jié)構(gòu)影響細(xì)胞黏附，影響微環(huán)境pH值等缺點(diǎn)，達(dá)不到理想的治療骨關(guān)節(jié)結(jié)核兼具修復(fù)骨缺損能力。近些年，將2種或2種以上生物活性材料結(jié)合，集中不同材料的優(yōu)點(diǎn)于一種材料之中的復(fù)合材料體系的研究和應(yīng)用引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。

骨組織本身呈不規(guī)則的多孔結(jié)構(gòu)，材質(zhì)含有鈣、磷等成分，所以含有鈣、磷成分的支架能在骨細(xì)胞生長(zhǎng)過程中提供所需的成分而對(duì)于骨組織的修復(fù)有明顯的促進(jìn)作用。另一方面，由于單純的鈣、磷無機(jī)材料存在加工性能、力學(xué)性能差等缺點(diǎn)，用聚內(nèi)酯等高分子復(fù)合的骨修復(fù)支架具有更好的性能。筆者等［13］研制了含有鈣、磷成分，并具有不規(guī)則孔隙結(jié)構(gòu)的PLGA支架，結(jié)果表明，該支架可明顯有利于對(duì)骨缺損的修復(fù)，并具備體內(nèi)、體外釋放抗結(jié)核藥物的良好的藥代動(dòng)力學(xué)性能。張宏其等［14］采用同種異體骨載異煙肼－殼聚糖制備緩釋微球，復(fù)合材料具備平穩(wěn)釋放異煙肼56d以上的性能，并且具有提供力學(xué)支撐、修復(fù)骨缺損的作用。

因此，發(fā)展局部給藥途徑的緩釋抗結(jié)核藥物系統(tǒng)，在手術(shù)中植入清除的骨關(guān)節(jié)結(jié)核病灶區(qū)，在局部較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)形成高于最低抑菌藥物濃度的環(huán)境，有利于殺滅或抑制病灶內(nèi)殘余的結(jié)核分枝桿菌菌群。同時(shí)緩釋藥物的載體若具有植骨替代作用，在植入病灶后被機(jī)體降解、釋放藥物的同時(shí)，逐步被骨組織替代，可加速病灶愈合。因而，局部藥物緩釋材料體系的研發(fā)是治療骨關(guān)節(jié)結(jié)核的具有前景的重要研究方向。

［1］World Health Organization．Global tuberculosis control report 2012．Geneva：WHO，2012［2012－12－08］．http：／／apps．who．int／iris／bitstream／10665／75938／1／9789241564502＿eng．pdf．

［2］吳啟秋．對(duì)骨關(guān)節(jié)結(jié)核手術(shù)適應(yīng)證的認(rèn)識(shí)．結(jié)核病與胸部腫瘤，1998，（2）：1－3．

［3］戈朝暉，王自立，魏敏吉．脊柱結(jié)核病灶中抗癆藥物濃度的測(cè)定．中華骨科雜志，2004，25（2），97－101．

［4］Lloyd AW．Interfacial bioengineering to enhance surface biocompatibility．Med Device Technol，2002，13（1）：18－21．

［5］Buchholz HW，Engelbrecht H．Depot effects of various antibiotics mixed with Palacos resins．Chirurg，1970，41（11）：511－515．

［6］?；萆顟逊?，葉文忠，等．緩釋植入型抗結(jié)核藥異煙肼明膠海綿的實(shí)驗(yàn)研究．天津藥學(xué)，1992，4（3）：7－10．

［7］孟曉林，時(shí)和同．緩釋抗結(jié)核藥佐治脊柱結(jié)核合并巨大冷膿腫．蚌埠醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，26（2）：148．

［8］Fujibayashi S，Senaha Y，Yoshihara S，et al．Long－term follow－up study of bioactive bone cement for repairing a segmental defect in a canine femur．J Long Term Eff Med Implants，2001，11（1／2）：93－103．

［9］陳安民，孫淑珍．利福平—陶瓷人工骨核（R－PHA）治療骨結(jié)核的實(shí)驗(yàn)研究與臨床應(yīng)用．中華骨科雜志，1992，12（1）：18－22．

［10］秦世炳，董偉杰，范俊，等．醫(yī)用硫酸鈣顆粒在骨關(guān)節(jié)結(jié)核治療中的應(yīng)用探討．結(jié)核病與胸部腫瘤，2006，（2）：103－106．

［11］Hsu YY，Gresser JD，Stewart RR，et al．Mechanisms of isoniazid release from poly（d，1－laetide－co－glycoliole）matrics prepared by dry－mixing and low density polymeric foam methods．J Pharm Sci，1996，85（7）：706－713．

［12］Kailasam S，Daneluzzi D，Gangadharam PR．Maintenance of therapeutically active levels of isoniazid for prolonged periods in rabbits after a single implant of biodegradable polymer．Tuber Lung Dis，1994，75（5）：361－365．

［13］李大偉，馬遠(yuǎn)征，楊飛，等．β－磷酸三鈣／聚乳酸－聚羥基乙酸／異煙肼緩釋材料制備與分析．中國防癆雜志，2013，35（5）：309－313．

［14］張宏其，高琪樂，郭虎兵，等．人同種異體骨載異煙肼－殼聚糖緩釋微球的制備和體內(nèi)外釋藥特性．中國組織工程研究，2012，16（3）：479－483．