一种促进载抗生素骨水泥局部药物释放的方法技术

本发明专利技术提供一种促进载抗生素骨水泥局部药物释放的方法，将负荷抗生素的丙烯酸骨水泥置于含磷酸缓冲液的容量瓶内，注入微泡剂，将超声探头安置于容量瓶底部，启动超声发生装置，超声波频率应为２０－１００ＫＨｚ，空间平均时间平均强度为２０ｍＷ／ｃｍ↑［２］－３Ｗ／ｃｍ↑［２］，模式包括连续式和脉冲式，占空比应为２０％－１００％，调制脉冲频率应为１Ｈｚ－１０ＫＨｚ。本发明专利技术能提高载抗生素骨水泥药物释放的速度和总量，并维持一定时间，能有效预防菌膜形成，增强细菌对抗生素的敏感性，有效预防细菌的黏附并分泌菌膜，从而提高载抗生素骨水泥的抗菌效应，使载抗生素骨水泥应用范围更为广泛。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属人工关节载抗生素骨水泥药物释放，具体涉及一种促进载抗生素 骨水泥内药物的释放的方法。
技术介绍
感染是人工关节置换术后最常见且最严重的并发症之一。尽管近年随着 无菌技术、围手术期抗生素及外科医师无菌观念的不断发展，其发生率已降至1%-5%，但由于手术例数不断增加，感染例数仍迅速上升。美国每年50万例人 工关节置换中，感染的例数高达5000-10000，平均每例治疗费用高达60 000美 元，病人需经历6-18个月的身心折磨。我国虽尚无大宗病例的统计数据，但由 于庞大的人口基数和人口结构老龄化，对于人工关节置换术后感染的报道及治 疗费用逐年剧增，并且后果堪忧，往往致残。传统的感染治疗方案包括人工假体取出、局部清创及长期大剂量静滴抗 生素，但由于感染灶局部抗生素浓度低、异物导致局部免疫逃逸、菌株毒力高、 细菌耐药、菌膜形成阻滞抗生素渗透，所以感染极易迁延或复发。此外引起感 染的细菌谱不断变化，耐药菌株不断增加，致使临床敏感抗生素减少，感染越 来越难治。众多患者需反复取出假体和清创，直至行关节融合甚至截肢，不仅 延长住院时间、增加并发症和毒副反应风险，而且大大提高病残率和病死率， 给病人、家庭乃至社会带来极大的痛苦和负担。使用载抗生素骨水泥防治人工关节置换术后感染在临床应用日益广泛。 将骨水泥与抗生素混合，使抗生素自骨水泥表面和内部大量长期释放，有效地 发挥抗生素的局部抗菌作用。运用于骨水泥的抗生素必须满足一定的特性(1) 较高的热稳定性，耐受骨水泥聚合时的高温，(2)较强的水溶性，可溶解于体 液中从而得到释放，(3)较高的化学稳定性，不会因接触血液、脓液及纤维素 等而失去活性，(4)较低的过敏性和毒副作用，(5)对内植物相关感染的致病菌 谱广泛敏感，天然耐药菌株较少，(6)较低的蛋白结合率，(7)合适的分子量和颗粒大小，易于从骨水泥中释放。各类抗生素中以氨基糖甙类和糖肽类效果最 佳，应用最为成熟。与静滴抗生素相比，载抗生素骨水泥在降低血药浓度的同 时，可显著提高感染灶局部的抗生素浓度。大量临床短、中期随访及基础研究 显示，其在抗菌性能及毒副反应方面较传统的静滴抗生素具备显著的优势。目前FDA已批准部分商业化载抗生素骨水泥产品用于治疗人工关节置换术后感 染，而用于预防人工关节置换术后感染的载抗生素骨水泥的商业化产品已在欧 洲临床正式应用。但是近来药物基础研究显示，载抗生素骨水泥后期药物释放 缓慢且有限，大部分包埋于骨水泥深部的抗生素永难释放。超长期的亚治疗浓 度的局部抗生素易致细菌基因突变耐药和选择耐药，且对菌膜无效，此外其粗 糙的表面可进一步作为细菌黏附分泌形成菌膜的载体，上述机制导致感染迁延 甚至难治。临床长期随访数据显示，使用载抗生素骨水泥治疗人工关节置换术 后感染，复发率仍可达4%-15.1%， 60%-89%病原菌对原抗生素耐药。因此如 何增强载抗生素骨水泥的局部药物释放，并采用一定的理化手段阻止病原菌耐 药甚至形成菌膜已成为人工关节置换术后感染防治的研究关键。迫切需要开发 一种新颖有效的防治人工关节置换术后感染的方法和装置。无疑它的研制成功 将具有良好的应用前景和巨大的经济效益。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，通过 以下步骤实现取注射负荷一定抗生素浓度的丙烯酸骨水泥，置于含磷酸缓冲 液(模拟体液条件)的容量瓶内，在容量瓶内注射微泡剂，将超声探头安置于 容量瓶底部，启动超声发生装置，低频超声波作用于骨水泥周围体液或溶液，超声波频率应为20 -100 KHz，空间平均时间平均强度为20 mW/cm2-3 W/cm2， 模式包括连续式和脉冲式，占空比应为20%-100%，调制脉冲频率应为lHz-lO KHz。本专利技术的丙烯酸骨水泥中负荷的抗生素包括氨基糖甙类、糖肽类抗生素、 抗真菌类抗生素，氨基糖甙类抗生素包括庆大霉素、妥布霉素，糖肽类抗生素 包括万古霉素、替考拉宁，抗真菌类抗生素包括两性霉素、酮康唑、克林霉素、 达托霉素或利奈恶胺，抗生素负荷比例为1%-10%。本专利技术中采用的骨水泥为商业产品，包括Depuy的CMW系列、Biomet的Palacos系列和Septopal、 Zimmer的Simplex系列等。其主要成分均为聚甲 基丙烯酸骨水泥，由粉剂和液剂以2: 1调配而成。以Depuy的CMW Endurance 为例，粉剂由83%甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物和17%的聚甲基丙烯酸甲酯 组成，液剂由94%甲基丙烯酸甲酯单体、3。/。的N-N二甲基对甲苯胺和3。/。的 阻聚剂对苯二酚组成。本专利技术中负荷抗生素骨水泥的制备方法为将骨水泥粉 剂与抗生素颗粒研磨精细并充分搅拌，将甲基丙烯酸液剂倒入粉剂混合物中， 真空离心条件下充分搅拌至面团期时，采用高压骨水泥枪将骨水泥注射入动物 长骨或聚四氟乙烯磨具内制备试件。本专利技术中采用的微泡剂为商业产品，包括Optison、 Sonovue及国产全氟烷 微泡。以Sonovue为例，由25 mg白色粉末和59 mg六氟化硫气体组成，使用时 粉末内加入5 ml生理盐水，振摇20 s后形成微泡混悬液，浓度为lml微泡混悬 液含六氟化硫8 ul， pH为4.5-7.5，等渗。微泡平均直径为2.5 um， 90%微泡的 直径低于6um， 99。/。微泡的直径低于llum，动物使用剂量为0.04-0.08 ml/kg。本专利技术的有益效果是1、 本专利技术将低频超声波与载抗生素骨水泥联用，能大大提高载抗生素骨 水泥药物释放的速度和总量，使细菌周围能迅速建立有效抑菌浓度并维持一定 时间，充分发挥载抗生素骨水泥的抗菌效能；不仅能有效预防菌膜形成，而且 能有效清除菌膜及其深部包埋的耐药菌。2、 本专利技术中采用微泡剂，从而增加局部空化核浓度，能极大程度地提高 局部超声波的空化强度，使超声波能更有效地发挥促载抗生素骨水泥药物释放 作用及超声波与抗生素间协同抗菌作用。3、 本专利技术中采用的载抗生素骨水泥及微泡剂均为成熟的商业产品，安全 无毒，生物相容性较高。4、 本专利技术通过释放超声能量，可以增强载抗生素骨水泥局部抗菌的效能， 縮短痊愈时间，加速康复，降低感染迁延及复发的风险。5.本专利技术提供的一种促进载抗生素骨水泥内药物释放的方法，能提高载 抗生素骨水泥药物释放的速度和总量，使细菌周围能迅速建立有效抑菌浓度并 维持一定时间，充分发挥载抗生素骨水泥的抗菌效能。能有效预防菌膜形成， 而且能有效清除菌膜及其深部包埋的耐药菌。大大增强细菌对抗生素的敏感性，恢复部分耐药菌对抗生素的敏感性，有效预防细菌的黏附并分泌菌膜，从 而提高载抗生素骨水泥的抗菌效应，使载抗生素骨水泥技术应用更为广泛。 附图说明图1为本专利技术实施例选用的低频超声发生装置工作原理图。图2为与单纯超声相比，微泡增强型超声的空化效应将产生更强的微声流 和微射流，使更多药物自骨水泥内释放(A)，同时使细胞膜出现更多声穿孔， 极大地促进万古霉素穿透细胞膜(B)，实现抗生素与低频超声间的协同抗菌作 用。图3为体外条件下六组载抗生素骨水泥试件在浸泡8-24 h内的药物释放量 比较(11=8)，低频超声(频率25 kHz,声强100mW/cn^或300mW/cm能使药物 释放提高13.03%-73.62% 。图4为对照组、超声组和微泡超声组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种促进载抗生素骨水泥局部药物释放的方法，其特征是通过以下步骤实现：取注射负荷抗生素的丙烯酸骨水泥，置于含磷酸缓冲液或体液的容量瓶内，在容量瓶内注射微泡剂，将超声探头安置于容量瓶底部，启动超声发生装置，低频超声波作用于骨水泥周围体液或溶液，超声波频率应为２０－１００ＫＨｚ，空间平均时间平均强度为２０ｍＷ／ｃｍ↑［２］－３Ｗ／ｃｍ↑［２］，模式包括连续式和脉冲式，占空比应为２０％－１００％，调制脉冲频率应为１Ｈｚ－１０ＫＨｚ。

【技术特征摘要】
1.一种促进载抗生素骨水泥局部药物释放的方法，其特征是通过以下步骤实现取注射负荷抗生素的丙烯酸骨水泥，置于含磷酸缓冲液或体液的容量瓶内，在容量瓶内注射微泡剂，将超声探头安置于容量瓶底部，启动超声发生装置，低频超声波作用于骨水泥周围体液或溶液，超声波频率应为20-100KHz，空间平均时间平均强度为20mW/cm2-3W/cm2，模式包括连续式和脉冲式，占空比应为20％-100％，调制脉冲频率应为1Hz-10KHz。2. 根据权利要求l所述的一种促进载抗生素骨水泥局部药物释放的方法， 其特征是:所述丙烯酸骨水泥中负荷的抗生素包括氨基糖甙类、糖肽类抗生素、 抗真菌类抗生素，抗生素负荷比例为1%-10%。3. 根据权利要求1所述的一种促进载抗生素骨...

【专利技术属性】
技术研发人员：严世贵，蔡迅梓，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]