一种新型可缓释抗生素的胶原类功能人工硬脑膜的研发

单 位 代 码 : 学 号 :10025112010000172 分 类 号 ： R651 密 级 ：Capital Medical University博 士 学 位 伦 文一种新型可缓释抗生索的胶原类功能人工碩餉膜的研发The Research of a New Type of Collagenous Functional Artificial DuraMater for Sustained Antibiotic Release研 究 生 ： 王 昊学科专业： 外科学（神外）指导教师： 赵 元 立 教 授导师单位： 首都医科大学附属北京天坛医院完成日期： 二 o三年三月一日首都医科大学 学位论文原创性声明本 人 郑 重 声 明 ： 所 呈 交 的 论 文 是 本 人 在 导 师 的 指 导 下 独 立 进 行 研 究 所 取 得 的 研 究 成 果 .除 了 文中 特 别 加 以 标 注 引 用 的 内 容 外 ， 本 论 文 不 包 含 任 何 其 他 个 人 或 集 体 己 经 发 表 或 撰 写 的 成 果 作品 对 本 文 的 研 究 做 出 重 要 贡 献 的 个 人 和 集 体 ， 均 已 在 文 中 以 明 确 方 式 标 明 # 本 人 完 全 意 识 到本 声 明 的 法 律 后 果 由 本 人 承 担 。售、日 期 :； 年 2 月 /日 日 期 :乃 年 ?月 /日作 者 签 名 :学位论文版权使用授权书本 学 位 论 文 作 者 完 全 了 解 学 校 有 关 保 留 、 使 用 学 位 论 文 的 规 定 ， 同 意 学 校 保 留 并 向 国 家 有 关 部门 或 机 构 送 交 论 文 的 复 印 件 和 电 子 版 ， 允 许 论 文 被 査 阅 和 借 阅 。 本 人 授 权 首 都 医 科 大 学 可 以 将本 学 位 论 文 的 全 部 或 部 分 内 容 编 入 有 关 数 据 库 进 行 检 索 ， 可 以 采 用 影 印 、 缩 印 或 扫 描 等 复 制 手段 保 存 和 汇 编 本 学 位 论 文 *本 学 位 论 文 属 于 （ 请 在 以 下 相 应 方 框 内 打1、 保 密 口 ， 在 _年 解 密 后 适 用 本 授 权 书 。2、 不 保 密日 期 :年 多 月 /日 曰 期 X 年 翗 /曰作 者 签 名 :首 都 医 科 大 学 W 士 学 位 论文目 录中 文 摘 要 .1英 文 摘 要 .2HOW.3Ei .6综 述 一 .32紐 1.40病 例 个 案 .49参 考 文 献 .56攻 读 学 位 期 间 发 表 文 章 情 况 . 71魏 . 72个 人 简 历 . 74符 部 挥 科 大 学 W 十 学 位论 文摘 要摘要：在 中 枢 神 经 系 统 用 药 方 面 ， 血 W 屏 W 的 存 在 是 一 个 必 须 嬰 考 虑 的 问 题 ， 如何 透 过 血 腩 屏 陣 ， 使 药 物 迅 速 有 效 的 进 入 脑 内 ， 研 究 者 做 了 许 多 探 索 ： 结 合 神 经 外科 特 点 ， 本 研 究 采 用 一 种 Wfl 观 的 办 法 ， 既 在 脑 表 面 直 接 贴 敷 钹 药 材 料 , 达 到 药 物 直接 绕 过 血 脑 屏 的 目 的 ： 钱 药 材 料 ， 选 择 了 临 床 上 较 为 常 用 的 胶 原 类 人 T.硬 脑 膜 ，这 种 人 工 硬 脑 祺 由 于 其 质 地 疏 松 ， 内 部 结 构 呈 海 绵 状 ， 可 以 通 过 吸 附 、 喷 涂 、 交 联等 方 法 .实 现 钱 药 ， 经 我 们 反 复 研 究 发 现 .这 种 载 药 材 料 经 过 特 殊 处 理 后 ， 能 够 缓 慢 释放 药 物 ， 起 到 长 效 作 用 ， 这 为 中 枢 神 经 系 统 疾 患 的 治 疗 提 供 一 个 重 要 思 路 。目 的 ： 幵 发 一 种 可 缓 释 抗 生 素 的 人 工 硬 脑 膜 ， 以 满 足 不 同 类 型 的 神 经 外 科 手 术 ffi 要 。方 法 ： 制 备 载 有 头 孢 呋 辛 钠 、 头 孢 曲 松 钠 、 去 甲 万 古 霉 素 的 三 种 胶 原 类 人 工 硬 脑 膜 ，通 过 抑 菌 试 验 和 释 放 试 验 两 种 检 测 方 法 ， 研 究 他 们 的 抗 菌 及 缓 释 特 点 。 结 果 ： 钱 有抗 生 素 的 人 T 硬 脑 膜 在 抑 蘭 试 验 中 ， 都 钌 明 确 的 抑 菌 作 用 ， 抑 菌 环 直 径 分 别 为 31 圆 ，32rara， 22mm。 但 接 下 来 的 研 究 发 现 ， 载 有 头 孢 呋 辛 钠 的 人 工 硬 W 膜 ， 长 时 间 放 置后 ， 由 白 色 转 变 为 淡 黄 色 ， 且 颜 色 分 布 不 均 匀 ， 考 虑 有 变 性 可 能 ； 钱 有 头 孢 曲 松 钠的 入 工 硬 脑 膜 虽 能 起 到 缓 释 效 果 ， 但 山 于 存 在 药 物 的 水 解 变 性 ， EJ 前 的 检 测 手 段 不能 将 药 物 代 谢 1 化 ； 故 载 有 这 两 种 药 物 的 胶 原 类 人 工 硬 脑 膜 ， 均 不 能 进 行 下 一 步 研究 ； 而 经 过 改 造 的 载 去 甲 力 古 祺 素 的 人 工 硬 脑 脱 ， 稳 定 、 可 靠 ， 具 备 可 以 稳 定 缓 释的 雏 形 ， 尤 其 是 三 层 载 药 脱 ， 可 缓 释 去 甲 万 古 裕 素 72 小 时 以 上 ， 这 对 于 神 经 外 科 用药 ， 是 一 个 利 好 结 果 。结 论 ： 胶 原 类 人 工 硬 脑 脱 ， 作 为 一 种 成 熟 的 硬 脑 膜 修 补 材 料 ， 己 广 泛 应 用 于 临 床 ，载 有 去 甲 万 古 霉 素 的 人 工 硬 脑 膜 ， 是 可 以 达 到 缓 释 药 物 的 目 的 。 同 时 ， 这 也 为 其 他药 物 缓 释 提 供 可 能 ， 具 有 进 一 步 研 究 的 前 景 。关 键词：颅 内 感 染 药 物 缓 释 抗 生 素 人 工 硬 脑 膜?r 都 医 科 大 学 w 士 学 位论 文AbstractObjective: To develop an artificial dura mater (ADM) for sustained antibiotic release for use during neurosurgery operation.Method: Three types of drug-loaded ADMs made of collagen and containing cefuroxime sodium，ceftriaxone sodium，or norvancomycin were prepared. The antibacterial activity and sustained release characteristics of the ADMs were examined using bacteriostatic and release tests.Results: Single layer collagen based ADMs (40 x 50 x 5 mm) containing 18 mg cefuroxime sodium or ceftriaxone sodium were not suitable for continued development because of drug preservation and stability issues. Using smaller ADMs (20 x 30 x 7 mm)，containing 4.86 mg of norvancomycin, with increased collagen density and a three-layer film with two outer drug-free films above and below the antibiotic layer resulted in sustained cumulative release of 2.91 mg (59.88%) of norvancomycin over 72 h.Conclusion: ADMs made of collagen can be processed to provide a mature dural repair material for the sustained release of norvancomycin. This system may provide a basis for developing sustained release materials for other drugs.Keywords: Intracranial infection; drug release; antibiotics; artificial dura mater首 都 闵 科 大 学 两 士 学 位 论文前言当 前 在 神 经 外 科 治 疗 方 面 ， 有 众 多 问 题 需 要 解 决 ， 而 以 下 三 个 问 题 显 得 尤 为 重 要 。随 着 中 枢 神 经 系 统 创 伤 、 肿 瘤 、 血 管 病 等 发 病 率 的 增 尚 ， 神 经 外 科 手 术 病 例 也 在 逐年 增 加 ， 术 中 硬 脑 膜 （ 脊 膜 ） 缺 损 修 a 用 材 料 使 用 量 越 来 越 大 ， 修 复 材 料 的 优 劣 决定 手 术 近 期 及 远 期 并 发 症 的 多 少 ， 第 一 个 问 题 既 如 何 选 择 合 适 的 人 工 硬 膜 修 补 材 料 ：感 染 是 神 经 外 科 术 后 常 见 并 发 症 ， 除 了 保 证 严 格 的 无 菌 术 外 ， 合 理 的 抗 生 素 使 用 也至 关 重 要 ， 尤 其 对 于 那 些 感 染 风 险 高 的 病 例 ， 如 大 出 血 、 手 术 时 间 长 、 合 并 严 重 内科 疾 患 等 ， 或 者 手 术 切 口 污 染 、 术 区 对 外 开 放 ， 如 开 放 性 颅 脑 损 伤 、 脑 室 穿 刺 外 引流 等 ， 以 及 贵 重 材 料 植 入 的 手 术 ， 如 脊 柱 钉 棒 内 固 定 系 统 、 可 调 压 分 流 管 、 颅 骨 钛板 修 补 等 等 ， 抗 生 素 的 使 用 时 限 应 适 当 延 长 ， 第 二 个 问 题 既 部 分 神 经 外 科 手 术 需 要在 一 定 时 间 内 预 防 使 用 抗 生 素 ; 神 经 系 统 存 在 天 然 脑 脊 液 屏 障 ， 这 使 很 多 药 物 在 脑 内或 者 脊 髓 内 无 法 达 到 理 想 浓 度 ， 为 了 克 服 这 一 点 ， 常 需 增 大 静 脉 用 药 剂 量 ， 这 可 能会 导 致 全 身 不 良 反 应 发 生 率 增 加 ， 第 三 个 问 题 既 如 何 有 效 地 使 药 物 透 过 血 脑 屏 障 9 开发 一 种 可 以 载 抗 生 素 的 人 工 硬 脑 膜 ， 将 这 三 个 问 题 很 好 地 结 合 起 来 ， 并 较 完 美 地 解决 。冃 前 研 究 的 现 状 ：人 工 硬 脑 膜 产 品 ： 根 据 材 料 组 成 ， 分 为 自 体 组 织 修 补 材 料 、 同 种 异 体 材 料 、 异 种 生物 材 料 和 人 工 合 成 材 料 四 大 类 11。 根 据 临 床 使 用 情 况 ， 分 为 可 缝 合 和 不 可 缝 合 两 大类 。 这 些 人 工 硬 脑 膜 在 修 补 缺 损 ， 防 止 渗 液 等 方 面 具 有 不 可 替 代 的 作 用 |21， 目 前 临床 上 常 用 的 人 工 硬 膜 包 括 美 国 Integra LifeSciences Corporation 生 产 的 Dura Gen,北 京天 新 福 公 司 生 产 的 Dura Max,强 生 公 司 生 产 的 Ethisorb, 贝 朗 公 司 生 产 的 Neuro-Patch,戈 尔 公 司 生 产 的 Preclude,广 东 冠 昊 生 物 科 技 有 限 公 nj 生 产 脑 膜 建 ， 北 京 佰 仁 思 生 物工 程 责 任 有 限 公 司 生 产 的 佰 仁 思 生 物 脑 膜 补 片 以 及 美 国 索 诺 思 生 命 科 技 公 司 生 产 的Dura-Guard。 但 目 前 文 献 检 索 尚 无 具 有 缓 释 抗 生 素 功 能 的 硬 膜 产 品 。宵 都 医 科 大 学 W 士 学 位论 文血 脑 屏 陣 ： rj 前 研 究 促 进 药 物 透 过 血 脑 屏 w 的 文 章 较 多 ， 采 取 的 方 法 包 括 : 联 合 用 药 、药 物 结 构 修 饰 、 制 剂 改 造 、 物 理 方 法 促 进 血 脑 屏 w 的 开 放 等 ， 尽 管 如 此 ， 但 这 些 方法 都 存 在 不 同 程 度 的 问 题 ， 如 安 全 性 、 靶 向 性 、 组 织 相 容 性 等 , 多 数 处 于 基 础 研 究 阶段 ， 离 临 床 广 泛 应 用 仍 有 一 定 的 距 离 而 脑 内 直 接 给 药 ， 是 口 前 临 床 应 用 最 多 、 做 广泛 的 方 法 n2HI31,这 其 实 也 是 本 研 究 的 一 个 重 要 依 据 。神 经 外 科 抗 生 系 使 用 情 况 ： 比 较 公 认 的 方 案 是 清 洁 手 术 包 括 脑 室 腹 腔 分 流 术 ， 术 前1 小 时 内 预 防 行 使 用 抗 生 素 ， 手 术 时 间 长 的 病 例 ， 可 在 24 小 时 内 追 加 而 带 有 脑 室 外引 流 手 术 、 幵 放 性 颅 魅 损 伤 手 术 ， 术 后 使 用 抗 生 素 的 时 间 应 延 长 ,6,l7)-静 脉 使 用 抗 生 素 ，由 于 血 脑 屏 障 等 原 因 ， 脑 脊 液 中 的 药 物 浓 度 ， 小 于 静 脉 血 药 物 浓 度 ， 而 加 大 静 脉 使用 抗 生 素 的 剂 s 或 使 用 时 间 ， 又 有 造 成 全 身 不 良 反 应 或 诱 发 其 他 部 位 感 染 的 可 能1819， 如 伪 膜 性 肠 炎 lH)1 等 等 。本 研 究 最 初 设 计 ， 选 取 三 种 抗 生 素 ： 头 孢 呋 辛 钠 、 头 孢 曲 松 钠 、 去 甲 万 古 霉 素 ， 分别 载 入 胶 原 类 人 工 硬 脑 膜 ， 制 备 玎 以 缓 释 抗 生 素 的 人 工 硬 脑 膜 。 选 择 头 孢 吹 辛 钠 及头 孢 曲 松 钠 的 原 因 ， 是 参 照 卫 生 部 办 公 厅 关 于 进 一 步 加 强 抗 菌 药 物 临 床 应 用 矜 理的 通 知 （ 卫 办 医 发 （ 2008) 48 9)附 件 常 见 T术 预 防 用 抗 生 素 表 中 颅 脑 手 术 之规 定 ； 选 择 去 甲 万 古 帘 素 ， 是 根 据 B 前 神 经 外 科 术 后 感 染 病 原 菌 培 养 球 繭 居 多 、 万古 霉 素 有 效 且 耐 药 率 低 这 一 特 点 ， 另 外 去 甲 万 古 霉 索 与 万 古 霉 素 效 价 基 本 相 同 ， 而前 者 为 我 M 自 主 知 识 产 权 ， 笆 价 相 对 低 廉 ， 可 降 低 成 品 费 用 。 近 期 ， 国 外 有 1 篇 文献 ml,将 万 古 霉 素 载 入 胶 fe 类 人 工 硬 脑 膜 ， 虽 有 抑 菌 作 用 ， 但 并 无 缓 释 效 果 ， 临 床 意义 不 大 ， 但 其 研 究 思 路 与 本 研 究 最 初 思 路 接 近 ， 可 参 看 后 附 ： 简 述 实 验 早 期 其 他 方法 的 尝 试 中 的 数 据 .本 研 究 结 果 ， 钱 有 头 孢 呋 辛 钠 的 人 T 硬 脑 膜 ， 常 规 储 存 下 ， 可 出 现 颜 色 变 黄 ， 且 颜色 分 布 不 均 匀 等 现 象 ， 不 易 保 存 ， 予 以 淘 汰 ： 载 有 头 孢 曲 松 钠 的 人 工 硬 脑 膜 可 以 起到 缓 释 效 果 ， 释 放 72 小 时 后 的 钱 药 膜 片 仍 可 观 察 到 相 对 有 效 抑 菌 环 的 存 在 ， 但 释 放试 验 中 高 压 液 相 色 分 析 方 法 （high pressure liquid首 都 医 科 大 学 博 士 学 位 沦文chromatographic analysis , HPLC)检 测 药 物 含 M 的 结 果 却 与 此 矛 盾 ， 考 虑 可 能 的 原 因是 头 孢 曲 松 钠 在 人 工 脑 脊 液 中 发 生 分 解 或 与 其 中 部 分 成 分 发 生 化 学 反 应 ， 其 代 谢 产物 或 新 生 成 物 仍 有 抗 菌 作 用 ， 但 因 为 结 果 无 法 量 化 ， 故 不 予 以 进 一 步 研 究 ； 而 经 过改 造 的 载 去 甲 万 古 霉 素 的 人 工 硬 脑 膜 ， 经 耐 酸 性 检 测 和 高 温 交 联 稳 定 性 检 测 证 实 药物 稳 定 ， 释 放 试 验 证 实 具 备 可 以 稳 定 缓 释 的 特 点 ， 尤 其 是 三 层 载 药 膜 ， 可 缓 慢 释 放去 甲 万 古 霉 素 72 小 时 以 上 。最 终 筛 选 出 的 载 有 去 甲 万 古 霉 素 的 人 工 硬 脑 膜 ， 具 备 可 以 修 补 硬 膜 缺 损 、 直 接 脑 表面 给 药 、 减 少 全 身 用 药 副 作 用 、 能 较 长 时 间 稳 定 缓 释 的 特 点 ， 有 深 入 研 究 的 前 景 。打 邡 医 科 大 学 W 士 学 位论 义一种新型可缓释抗生索的胶原类功能人工硬脑膜的研发1. 介 绍颅 内 感 染 是 神 经 外 科 幵 放 性 损 伤 以 及 常 规 手 术 后 常 见 的 并 发 症 之 一 ， 预 防 性 使 用 抗生 素 有 实 际 意 义 。 由 于 手 术 方 式 的 不 同 ， 预 防 使 用 抗 生 素 的 时 限 也 不 同 。 目 前 ， 比较 公 认 的 方 案 是 淸 洁 手 术 包 括 脑 室 腹 腔 分 流 术 ， 术 前 丨 小 时 内 预 防 行 使 用 抗 牛 素 ，手 术 时 间 长 的 病 例 ， 可 在 24 小 时 内 追 加 而 对 于 带 有 脑 室 外 引 流 手 术 、 幵 放 性 颅 脑 损伤 手 术 ， 术 后 使 用 抗 生 素 的 时 间 应 延 长 |311 化静 脉 使 用 抗 生 素 ， 由 于 血 脑 屏 障 等 原 因 ， 脑 脊 液 中 的 药 物 浓 度 ， 小 于 静 脉 血 药 浓 度 ，而 加 大 静 脉 使 用 抗 生 素 的 剂 景 或 使 用 时 间 ， 又 有 造 成 全 身 不 良 反 应 或 诱 发 其 他 部 位感 染 的 可 能 151161。 因 此 ， 我 们 需 要 一 种 材 料 作 为 抗 生 素 的 载 体 ， 既 能 保 证 药 物 有 效的 透 过 血 脑 屏 障 ， 还 能 可 以 使 药 物 在 颅 内 长 时 间 释 放 。本 研 究 的 胶 原 类 人 工 硬 脑 膜 ， 是 神 经 外 科 常 用 生 物 材 料 |71W， 术 中 直 接 贴 敷 于 脑 组 织表 面 ， 以 此 为 药 物 钱 体 ， 理 论 上 ， 可 以 符 合 以 上 要 求 。2.材 料 与 方 法2.1 实 验 材 料 和 仪 器 ：人 工 硬 脑 膜 ： 来 源 于 牛 肌 腱 ， 由 北 京 天 新 福 医 疗 器 材 有 限 公 司 提 供 。 原 材 料 在 国 啻大 型 肉 类 生 产 加 工 企 业 现 场 采 用 无 菌 技 术 进 行 收 集 ， 保 证 材 料 来 源 符 合 国 家 标 准 ，使 之 取 材 后 的 跟 腱 健 康 、 新 鲜 、 安 全 ， 经 加 工 成 海 绵 状 胶 原 生 物 膜 支 架 ， 用 丁 硬脑 (脊 )膜 、 神 经 鞘 管 、 皮 肤 、 软 竹 等 组 织 的 修 ft 和 各 种 术 后 的 防 粘 连 。 制 成 的 人 工 硬脑 膜 具 有 生 物 相 容 性 好 、 可 吸 收 性 佳 、 多 规 格 且 具 有 韧 性 的 特 点 ， 广 泛 使 用 于 临 床 。头 孢 呋 辛 钠 (FN1004049,广 东 立 国 制 药 有 限 公 司 ） 纯 度 99%。头 孢 曲 松 钠 （ 201009080,辽 宁 美 亚 制 药 有 限 公 司 ） 纯 度 99%。去 甲 万 古 霉 素 （ H 丨 3020286,华 北 制 药 股 份 有 限 公 司 ） 纯 度 99%。人 工 脑 脊 液 配 方 成 分 ： 氣 化 钠 6.279g,氣 化 钾 0.2 丨 6g、 氣 化 钙 0.353g,氯 化汽 都 扠 科 大 学 博 士 学 位 论文镁 0.488g、 碳 酸 氢 钠 丨 .932g、 匍 萄 糖 0.6g、 磷 酸 氢 二 钠 0.358g, PH 值 7.4。细 繭 培 养 基 ： M-H 营 养 琼 脂 培 养 基 （ 北 京 陆 桥 技 术 有 限 责 任 公 司 ） 金