載藥磷酸鈣骨水泥治療結(jié)核性骨缺損

曹雪飛，甄平

(1.蘭州大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000；2.蘭州軍區(qū)蘭州總醫(yī)院，甘肅 蘭州 730050)

載藥磷酸鈣骨水泥治療結(jié)核性骨缺損

曹雪飛1，甄平2*

(1.蘭州大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000；2.蘭州軍區(qū)蘭州總醫(yī)院，甘肅 蘭州 730050)

據(jù)世界衛(wèi)生組織(world health organization，WHO)發(fā)布的《2013年全球結(jié)核病報(bào)告》，結(jié)核病治療已經(jīng)挽救了2 200多萬(wàn)人的生命，結(jié)核患者數(shù)在2012年降到860萬(wàn)人，全球結(jié)核病死亡數(shù)也降至130萬(wàn)。但我國(guó)目前是全球10個(gè)結(jié)核病流行最嚴(yán)重的國(guó)家之一，結(jié)核病年發(fā)患者數(shù)約為130萬(wàn)，占全球發(fā)病的14.3%，位居全球第2位，同時(shí)也是全球27個(gè)耐多藥結(jié)核病流行嚴(yán)重和全球22個(gè)結(jié)核病高負(fù)擔(dān)的國(guó)家之一，結(jié)核病每年導(dǎo)致數(shù)以萬(wàn)計(jì)的人類(lèi)死亡，成為傳染病全球死亡的第二大病因[1]。骨關(guān)節(jié)結(jié)核是發(fā)病率較高的肺外結(jié)核，據(jù)WHO最新數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010年我國(guó)新發(fā)結(jié)核感染病例接近87萬(wàn)，其中約15%合并骨關(guān)節(jié)感染。骨關(guān)節(jié)結(jié)核的特點(diǎn)是破壞力強(qiáng)，致殘率高，用藥時(shí)間長(zhǎng)，局部藥物濃度低，治療后易復(fù)發(fā)，是一個(gè)危害極其嚴(yán)重的疾病。全身應(yīng)用抗結(jié)核藥物局部難以達(dá)到有效抑菌濃度，易產(chǎn)生耐藥性，結(jié)核病灶清除術(shù)不能徹底清除結(jié)核桿菌，以至于常規(guī)治療不佳。而磷酸鈣骨水泥(calcium phosphate cement，CPC)負(fù)載抗結(jié)核藥物緩釋系統(tǒng)具有局部藥物濃度高、全身副作用小、緩慢釋放、持續(xù)時(shí)間久、并能充分填充骨缺損和誘導(dǎo)新骨生成等優(yōu)點(diǎn)，為臨床上難以治愈的結(jié)核性骨缺損提供一種新型外科治療途徑，相關(guān)研究已經(jīng)展開(kāi)。

1 結(jié)核性骨缺損治療面臨的問(wèn)題

骨關(guān)節(jié)結(jié)核逐漸發(fā)展會(huì)導(dǎo)致病灶部位冷膿腫和死骨的形成，目前外科常規(guī)治療方法是在全身應(yīng)用抗結(jié)核藥物基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)核病灶清除術(shù)。常規(guī)全身抗結(jié)核藥物化療需要3種以上抗結(jié)核藥物的聯(lián)合應(yīng)用且主張治療療程不得不少于8個(gè)月，長(zhǎng)期藥物化療會(huì)嚴(yán)重影響患者的身心健康[2]；臨床上行結(jié)核病灶清除術(shù)后形成的骨性缺損，常以自體骨或同種異體充填并且局部噴撒抗結(jié)核藥物來(lái)消滅局部殘余結(jié)核桿菌，但自體骨來(lái)源有限導(dǎo)致充填不良及同種異體骨植入后愈合機(jī)制、免疫反應(yīng)等的研究尚未明確[3]，術(shù)中抗結(jié)核藥物的局部噴撒易被血液沖走或稀釋且局部用藥的藥理學(xué)作用不詳。臨床上即使采用上述綜合治療措施，骨關(guān)節(jié)結(jié)核的術(shù)后復(fù)發(fā)率仍很高[4]。因此，結(jié)核病灶清除術(shù)后實(shí)現(xiàn)結(jié)核性骨缺損的充分填充與修復(fù)，并持續(xù)保持局部抗結(jié)核藥物有效濃度的新型抗結(jié)核骨修復(fù)材料在臨床上有很大應(yīng)用前景。

2 CPC負(fù)載聚乳酸-羥基乙酸共聚物(polyacticco glycolic acid，PLGA)包封抗結(jié)核藥物的緩釋微球的優(yōu)勢(shì)

CPC負(fù)載抗結(jié)核藥物緩釋系統(tǒng)是一種新型給藥方式，其由載體CPC和PLGA包封抗結(jié)核藥物的緩釋微球組成。CPC具有良好的生物相容性、優(yōu)良的生物活性、常溫自固化能力、易塑性、骨傳導(dǎo)能力、骨誘導(dǎo)性、具有一定的可降解性、無(wú)刺激性氣味、對(duì)人體組織無(wú)損傷、無(wú)毒性[5，6]。所以作為抗結(jié)核藥物載體顯現(xiàn)了以下優(yōu)勢(shì)：提高了抗結(jié)核藥物局部濃度而降低了全身用藥的毒副作用；CPC的自我降解性免除了清除載體的二次手術(shù)，同時(shí)具有誘導(dǎo)新骨細(xì)胞產(chǎn)生，最終被正常的骨組織取代從而達(dá)到骨修復(fù)重建目的[7]，從而避免了自體骨移植不充分和異體骨移植的免疫排斥反應(yīng)；手術(shù)植入操作方便，可以根據(jù)需要任意塑性；具有一定的抗壓強(qiáng)度，介于松質(zhì)骨和皮質(zhì)骨之間，可以防止病灶清除后骨折發(fā)生。

抗結(jié)核藥物緩釋系統(tǒng)是在一系列新的生物相容性較好的無(wú)機(jī)材料和有機(jī)高分子材料基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來(lái)的，同傳統(tǒng)的全身應(yīng)用抗結(jié)核藥物相比，抗結(jié)核藥物緩釋系統(tǒng)采取了局部應(yīng)用藥物的方法，具有以下優(yōu)勢(shì)：準(zhǔn)確投藥后局部可長(zhǎng)期持續(xù)達(dá)到有效藥物濃度，且用藥總量及進(jìn)入血液系統(tǒng)少于全身用藥，因而不會(huì)對(duì)全身重要器官產(chǎn)生毒副作用；直接作用于病變部位，不通過(guò)血液循環(huán)，當(dāng)病變部位血運(yùn)障礙時(shí)不影響療效。近年來(lái)基于藥物控釋理論和技術(shù)，采用聚乳酸、殼聚糖、脂質(zhì)體等生物材料包封抗結(jié)核藥物制成微球、微囊及藥膜等形式，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明可有效提高藥物的作用時(shí)間，且具有藥物釋放定向性好及毒副作用低的特點(diǎn)。PLGA應(yīng)用制作微球較廣泛，目前已成功地用于制作生長(zhǎng)素、四環(huán)素、萬(wàn)古霉素、阿霉素等藥物微球[8]。大多數(shù)研究者之所以選擇PLGA，其優(yōu)點(diǎn)有[9-12]：a)良好的生物相容性和生物降解性能且降解速度可控性；b)可作為CPC的致孔劑，在提高CPC孔隙率的前提下，不影響復(fù)合生物材料的機(jī)械性能；c)具有誘導(dǎo)和促進(jìn)成骨細(xì)胞的黏附、增殖和分化的作用；d)工藝調(diào)整PLGA的微球直徑，可制備出不同直徑大小的緩釋微球，且包埋藥物后藥物釋放平穩(wěn)，無(wú)明顯的突釋現(xiàn)象；e)PLGA在體內(nèi)可完全可降解，最終降解代謝產(chǎn)物為H2O和CO2；不會(huì)在重要組織器官內(nèi)聚集；f)可阻隔抗結(jié)核藥物與CPC發(fā)生凝固反應(yīng)[13]。CPC負(fù)載PLGA包封抗結(jié)核藥物的緩釋微球可實(shí)現(xiàn)結(jié)核感染性骨缺損的充分填充與修復(fù)，并持續(xù)保持局部抗結(jié)核藥物的有效濃度，是治療結(jié)核性骨缺損一種非常好的外科治療方法。

3 目前的研究和應(yīng)用情況

3.1 CPC與PLGA直接復(fù)合的研究 關(guān)于CPC直接與PLGA復(fù)合的研究國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的比較多。Liao等[14]將CPC支架與PLGA微球復(fù)合，研究結(jié)果表明：添加PLGA微球可增強(qiáng)CPC支架的初期抗壓強(qiáng)度和韌性，PLGA緩慢降解所形成的孔隙利于成骨細(xì)胞的長(zhǎng)入，成骨細(xì)胞的長(zhǎng)入加速了CPC本身的降解，最終CPC復(fù)合材料逐漸降解吸收并被新骨替代，降解速率和骨替代的速率基本匹配。漆小鵬[15]將PLGA與CPC多孔支架進(jìn)行浸潤(rùn)復(fù)合，結(jié)果表明：經(jīng)過(guò)PLGA二次復(fù)合后，復(fù)合支架抗壓強(qiáng)度可達(dá)(6.37±0.54) MPa，PLGA與支架材料復(fù)合后可大大提高復(fù)合支架材料的抗壓強(qiáng)度；經(jīng)過(guò)PLGA二次復(fù)合的支架材料表面保持了復(fù)合前的孔隙結(jié)構(gòu)，內(nèi)部被PLGA的多孔泡沫狀結(jié)構(gòu)所填充，這些開(kāi)口孔隙的存在有利于植入初期新生組織的長(zhǎng)入；覆蓋在骨水泥基體表面的PLGA膜可以增強(qiáng)基體的強(qiáng)度并彌補(bǔ)基體表面的缺陷，充填在孔隙內(nèi)部的PLGA泡沫體可以很好地承受外加載荷，使復(fù)合支架材料具有較好的強(qiáng)度和韌性。王劍龍等[16]將人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞種植于CPC-PLGA復(fù)合物上并體外培養(yǎng)，然后進(jìn)行掃描電鏡觀(guān)察，結(jié)果30%體積濃度的CPC-PLGA復(fù)合物力學(xué)性能最好，抗壓強(qiáng)度40.5 MPa，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在支架材料表面生長(zhǎng)良好，并通過(guò)降解產(chǎn)生的孔洞內(nèi)材料深部長(zhǎng)入，CPC-PLGA復(fù)合支架材料具有優(yōu)良特性，適于骨組織工程支架。

3.2 CPC與PLGA藥物微球復(fù)合的研究 利用PLGA作為藥物的包裹載體制成藥物微球，然后將該微球與CPC以“棗糕鑲嵌”的原理混合制備成緩釋載體。近年來(lái)類(lèi)似研究鮮有報(bào)道。葉向陽(yáng)[17]基于藥物控釋理論和技術(shù)，制備了CPC負(fù)載利福平-PLGA微球緩釋體系(實(shí)驗(yàn)組)及CPC負(fù)載利福平緩釋體系(對(duì)照組)分別植入大白兔骨踝中，結(jié)果顯示實(shí)驗(yàn)組藥物局部緩釋、CPC降解速率、實(shí)驗(yàn)材料植入?yún)^(qū)骨長(zhǎng)入率優(yōu)于對(duì)照組；利福平-PLGA微球可以增加CPC孔隙率促進(jìn)其降解，微球降解形成互相連通的大孔隙(大于50μm)顯著提高骨生長(zhǎng)率，從而加速CPC降解，同時(shí)局部血藥濃度長(zhǎng)時(shí)間保持利福平最低抑菌濃度10倍以上，有效地消滅結(jié)核桿菌并誘導(dǎo)骨細(xì)胞生成，從而完成骨缺損的修復(fù)和重建。目前CPC負(fù)載PLGA包封抗結(jié)核藥物的緩釋微球是治療結(jié)核性骨缺損的最新方法，目前僅僅在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中研究，沒(méi)有臨床研究的報(bào)道。

4 問(wèn)題與展望

雖然CPC負(fù)載PLGA包封抗結(jié)核藥物的緩釋微球治療結(jié)核性骨缺損方面有極大的優(yōu)勢(shì)，可達(dá)到3個(gè)目的：一是骨缺損填充，起臨時(shí)支撐作用；二是骨傳導(dǎo)作用，材料逐漸降解所形成的大孔隙利于骨細(xì)胞長(zhǎng)入替代與重建；三是藥物緩釋作用，能達(dá)到長(zhǎng)期高濃度抗結(jié)核作用。但筆者認(rèn)為仍存在以下問(wèn)題：a)局部高濃度的抗結(jié)核藥物對(duì)局部骨組織及骨愈合有無(wú)影響，筆者認(rèn)為，與嚴(yán)重的骨與軟組織感染，不能因?yàn)槎虝r(shí)間的延遲愈合就因此否定CPC負(fù)載PLGA包封抗結(jié)核藥物的緩釋微球在結(jié)核性骨缺損中的優(yōu)勢(shì)及重要作用；b)如何使CPC的降解速率與PLGA降解速率更加平衡；c)CPC的孔隙率和抗壓強(qiáng)度成反比關(guān)系[18]，所以制備既具有較高抗壓強(qiáng)度，同時(shí)具有很高孔隙率的復(fù)合型CPC難度較大，這是制約臨床廣泛應(yīng)用的一大障礙。

綜上所述，CPC負(fù)載抗結(jié)核藥物緩釋系統(tǒng)治療結(jié)合性骨缺損有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，有望成為一種新的治療結(jié)合性骨缺損的策略及方法。但這種方法研究才剛剛開(kāi)始，仍面臨很多問(wèn)題，亟待進(jìn)一步研究。相信隨著相關(guān)研究的進(jìn)行，其未來(lái)在結(jié)核性骨缺損的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。筆者認(rèn)為隨著研究的進(jìn)行，在提高CPC負(fù)載抗結(jié)核藥物緩釋系統(tǒng)的注射性能時(shí)，還可實(shí)現(xiàn)微創(chuàng)治療結(jié)核性骨缺損。

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1008-5572(2014)11-1009-03

R529.2

：A

甘肅省省級(jí)科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(1204FKCA111)；國(guó)家自然科學(xué)基金(81371983)；*本文通訊作者：甄平

2014-04-01

曹雪飛(1988- )，男，研究生在讀，蘭州大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院，730000。