可降解锌合金植入材料的体内抗菌性

可降解锌合金植入材料的体内抗菌性可降解锌合金植入材料的体内抗菌性 中国组织工程研究 Chinese Joumalof Tissue Engineering Research e荡是 CRTER吨可降解辞合金植入材料的体内抗菌性 研究原著 谢 中 羊明智 薛静波 陈勇 彭立军 蔡斌 张杨洋 南华大学附属 第一医院脊柱外科 湖南省衡阳市421001 001 10 3969 j issn 209 5 4344 1664ORCIO 0000 0001 8711 4040 谢中 文章快速阅读 铸合金材料的抗菌性能实验动物 SPF级SD 大鼠文题释义 金黄色葡萄球菌感染模型大肠杆菌感染模型植入材料 1 纯铮 2 铮铝合企 3 铮银合会 4 铸银合会 5 铮银合会 6 铮钙合企 7 铮铜合企 I结论 检测指标 1 体翠 2 白细胞计数 3 血清肿痛坏死因子 4 血清铮水平 5 篱种鉴定 1 铸 合会材料具有抗菌作用 2 银可增强铮基合会材料的抗菌效果 可降解生物医用材料 主要包 括生物陶瓷材料 高分子材料和金属材料等 生物陶瓷材料具有优 良的亲和性 可作为骨组织再生的附着基体和填充材料 但其韧性 较差 力学性能无法与骨组织匹配 多用于不承力部位的骨替换与 修复 高分子材料容易加工成型 便于大规模生产 但其力学性能比 较差 降解速率不可控 其降解产物可引起无菌性炎症 因而严重 限制了其临床应用 新型可降解医用金属材料不仅具有良好的生物相 容性和可降解特性 而且弥补了传统高分子可降解材料和陶瓷可降 解材料在力学承载方面的缺陷 骨科植入物 包括人工假体 内外固定物和人工关节等 主要用于骨 组织功能重建 以改善患者肢体功能和提高患者生活质量为目的 可降解生物医用材料 是指植入人体后可在体内或者在体液作用r 能逐渐降解并被人体吸收或者排出的一类医用材料 主要包括医用 生物陶瓷 医用高分子材料和医用金属材料等 摘要背景 绊是无机抗菌材料 具有适宜的降解速率和良好的抗菌特 性 通过添加合金元素可改善材料的力学性能和生物相容性 是目 前医用新型可降解金属材料的发展方向 目前尚缺乏不同铸基材料 之间抗菌性能比较的研究 目的 比较纯铮及停基合金材料的体内抗菌性能 方法 取80只SPF级SO大鼠 分别制备金黄色葡萄球菌和大肠杆菌感 染动物模型 每种模型40只 将纯铮及悴基合金材料 纯钵 镑铝合金 铮铝合金 镑筷合金 铐 银合金 镑钙合金和铮铜合金 分别植入2种模型大鼠股骨骨髓腔内 并设置未植入任何材料的对照组 每组5只 植入后第1 4 7 14天 检测大鼠体温变化 血自细胞计数 血清肿 瘤坏死因子 和血清铮元素含量 并收集手术部位分泌物及组织 鉴定细菌种类 结果与结论 经金黄色葡萄球菌或大肠杆菌感染后 各组大鼠体温 均有不同程度升高 纯铮及铮基合金材料植入组第7 14天的体温显 著低于对照组 P 0 0日 且铮银合金组第7 14天的体温显著低于纯 辞及其他辞基合金材料组 P 0 05 材料植入2种感染模型后第7 14天 对照组白细胞计数和肿瘤坏死因子 浓度显著高于纯铸及钵 基合金材料组 P 0 05 且辞银合金组大自细胞计数和肿瘤坏死因 子 浓度显著低于纯钵及其他绊基合金材料组 P0 05 金黄色葡萄球菌感 染组细菌鉴定为金黄色葡萄球菌 竹 大肠杆菌感染组细菌鉴定为大 肠杆菌 结果提示 可降解辞基合金植入材料在大鼠体内具有 良好的抗菌效果 而辞银合金抗菌能力最强 关键词 与7岸都11 4 伊主会主合J给定自重苦楚1 1 劳JJ 走d罗 H JJ 1iL人4岁 fJt JJ tt 王r IbI f J匙动微笑握主题词 停ffj佑 1在主人勿J组纠工在R459 9 R318 08 谢中 男 1983年生 湖南省衡阳市人 硕士 主治医师 主要从 事脊柱外科研究 通讯作者 羊明智 博士 主任医师 南华大学附 属第一医院脊柱外科 湖南省衡阳市421001A稿件接受2018 12 26Xie Zhong Masler Attending physician Departmenl ofSpine Surgery Ihe FirslAflilialed Hospi恼lofUniversily of Soulh China Hengyang421001 Hunan Provin阻 China Correspondingaulhor Yang Mingzhi MD Chief physician Departmenl ofSpine Surge叩 Ihe FirslAflilialed Hospitalof UniversilyofSoulhChina Hengyang421001 Hunan Province China2196x若 lii 4 2095 4344 019 14 02196 06万方数据Xie Z Yang MZ Xue J8 Chen Y Peng LJ Cai8 Zhang YY Antibacterial prope厅ies of biodegradable zinc alloys in vivo Zhongguo ZuzhiGongcheng冶njiu 2019 23 14 2196 2201 DOI 10 39691j issn 2095 4344 1664Antibacterial prope此ies of biodegradable zinc alloys invivo Xie Zhong YangMingzhi Xue Jingbo Chen Yong peng Lijun Cai Bin Zhang Yangyang Department ofSpine Surgery the FirstAffiliated Hospitalof Universityof SouthChina Hengyang421001 Hunan Province China Abstract BACKGROUND Zinc an inorganicantibacterial material has asuitable degradationrate andgood antibacterial property Adding alloyingelements canimprove themechanical propertiesand biopatibilityof thematerial which isthe developmentdirection ofnovel medicalbiodegradable metalmaterials There isstilllack aparable researchon the antibacterial propertiesamong zinc based materials OBJECTIVE To investigatetheantibacterialproperties ofpure zineand zinc based alloysinvivo METHODS Eighty Sprague Dawley rats SPF grade were randomizedinto twogroups n 40 group and allrats wereinjected with Staphylocous aureusor Escherichia coli solutionto prepareinfection models Different materials Zn ZnAI ZnSr Zn3Mg Zn A g Zn3Ca and Zn4Cu five ratsfor eachmaterial were implantedinto themedullary cavityof femur The control group withoutany materialwas set At1 4 7and14days afterimplantation the changes of body temperature white blood cell count serum tumor necrosis factor and serumzinc contentin ratswere detected The secretionsand tissuesof thesurgical sitewere collectedto identifythe bacterialspecies RESUL TSAND CONCLUSION 1 The body temperature in all the rats wasincreased todifferent extentsafter bacterialinfection but thetemperature oftheratsimplanted withzinc and zinc alloyswas alwayslower than that in the controlgroup at7and14days P 0 05 The temperaturein the Zn A ggroup wassignificantly lowerthanthatin theother groupsat7and14days P 0 05 2 The white blood cell count andtumor necrosis factor alevel in the zinc andzincalloys groupswere signi币cantly lowerthan thosein thecontrolgroupat7and14days afterimplantation P 0 05 The white bloodcell count andtumornecrosis factor level in the Zn A ggroup weresignificantly lowerthan thosein theother groups P0 05 4 The bacterialculture resultsshowed S aureus intheStaphylocous aureus infection groupand E coli intheEscherichia coliinfection group 5 To conclude degradable zinc based alloysexert markedantibacterial effects andZng g alloyshave thebest antibacterialactivity Subject headings Zinc Prostheses andImplants Tissue Engineering0引言Introduction随着社会的发展 因创伤 炎症 先天畸形和肿瘤等造成的骨缺损患者日益增多 需要大量的骨植入 材料和内 外固定器械进行骨组织重建 可降解生物医用材料具有一定的生物降解性和良好的生物相容性 临床使用过程中无需二次手术取出 减轻了患者痛苦和医疗成本 这些特点使其具有非常好的应用前景 1 2J 目前 可降解生物医用材料主要包括生物陶在材料 高分子材料和 金属材料等 3 4J 生物陶程材料具有优良的亲和性 可作为骨组织再生的附着基体和 填充材料 但其韧性较差 力学性能无法与骨组织匹配 多用于不 承力部位的骨替换与修复 5 6J 高分子材料容易加工成型 便于大规模生产 但其力学性能较差 降解速率不可控 其降解产物可引起无菌性炎症 严重限制了其临 床应用阿l 新型可降解医用金属材料不仅具有良好的生物相容性和可降解特性 而且弥补了传统高分子可降解材料和陶瓷可降解材料在力学承载 方面的缺陷 因而备受关注 9 叫 辞是人体必需的营养素 与机体的生长发育 伤口愈合 生殖遗传 免疫和内分泌等功能密切相关 同时 铮是多种金属酶的组成成分 参与多种酶和转录因子的合成 和转录 llJ 人体若缺乏辞元素将导致一系列的问题 包括生长迟缓 免疫力低 下 食欲减退 异食癖 皮炎 脱发等 研究表明 辞可通过促进成骨细胞的增殖 抑制破骨细胞生成 剌 激骨的形成和矿化 12叫 此外 铸在模拟人体液环境中能诱导钙磷沉积 具有良好的生物活 性 14J 与可降解铁基和镇基材料相比 辞基材料具有适宜的降解速度和良 好的生物相容性 且细胞毒性更小 是目前新型生物医用可降解金 属材料的发展方向 15J 植入物相关感染是骨科手术常见的并发症之一 易发生在开放性伤 口 内固定或关节返修时 植入物相关感染P O Box10002 Shenyang110180 CRTE R在很大程度上决定着手术的成败 因此研发出具有抗菌性能的植入 材料显得尤为重要 既往研究表明 与抗生素相比 停具有抗菌性稳定 持久 不易出 现耐药性等特点 16J 然而 目前关于不同辞基材料之间抗菌性能的研究甚少 为促进辞基材料在临床上的应用 研究通过大鼠金黄色葡萄球菌和 大肠杆菌感染模型 探讨不同停基材料的抗菌性能 1材料和方法Materials andmethods1 1设计随机对照动物观察实验 1 2时间及地点实验于xx年9月至xx年12月在南华大学附属第一医院 医学研究中心完成 1 3材料 Jt ff动做E卸厚80只SPF级雄性SD大鼠 体质量220 260g 购自北京维通利华实验动物技术有限公司 许可证号SCXK 京 xx 0004 饲养条件5只 箱 饲育温度为 20 1 2 C 相对湿度为40 60 12h 12h昼夜间断光照 自由饮食和水 实验过程中对动物的处理符合3R规则 J暂停lJl i H k I f却 纯铮及辞基含金材料由宁波博威合金材料股份有限公司制备 分别为纯辞 Zn 悻铝合金 ZnAI 每摩尔合金中含1坦悻和1坦铝 辞锯合金 ZnSr 每摩尔合金中含1 2钵和1 2饵 铮镇合金 Zn3 Mg 每摩尔合金中含3 4钵和1 4镜 铮银合金 Zn3Ag 每摩尔合金 中含3 4铮和1 4银 辞钙合金 Zn3Ca 每摩尔合金中含3 4辞和1 4 钙 和辞铜合金 Zn4Cu 每摩尔合金中含4 5辞和1 5铜 组 li iKi 据 实验用金黄色葡萄球菌 S aureus 和大肠杆菌 E co的购自 中国普通微生物菌种保藏管理中心 蹲在身疫ll l flf1jj 1J iie府 言 大鼠肿瘤坏死因子 批号 88 7340 77 酶联免疫吸附测定试剂盒购自Thermo公司 2197万方数据iII功 尹劈锣 1f1 1t 厥主苦 豆豆 Jt笋 褒辉 且f l 浮 再T 1 侈岔五垂在 l4fIJ傲然 ti I 位同与自E组织 If l ffffi 2019 23 14 2196 2201 DOI 10 3969 j i ssn 2095 4344 16641 4实验方法kjf fB霜If jJ 1If 荣动梯挥主F都多 将40只SO大鼠随机分8组 每组5只 分 别为对照组 纯辞组 悻铝合金组 辞饵合金组 铮镇合金组 钵 银合金组 钵钙合金和铮铜合金组 2 戊巳比妥铀按30mg kg剂量腹腔注射麻醉大鼠后 备皮和常规消毒 沿左后肢股骨外侧切口大鼠皮肤 逐层分离肌肉并用克氏钉钻至 骨髓腔 将10IJL浓度为仅105cfu mL的金黄色葡萄球菌菌液注入髓 腔 随后分别将直径2mm的纯悻或停基合金金属棒植入大鼠左股骨髓 腔 逐层缝合伤口 将大鼠单笼饲养 其中 对照组大鼠仅注射细菌菌液 不植入金属棒 其余步骤均相 同 二有 I 存ifi 费荣动攒挥 都多 将40只SO大鼠随机分8组 每组5 只 对照组 纯辞组 铮铝合金组 辞锯合金组 辞镇合金组 辞 银合金组 铮钙合金和辞铜合金组 2 戊巴比妥铀按30mg kg剂量腹腔注射麻醉大鼠后 备皮和常规消毒 沿左后肢股骨外侧切口大鼠皮肤 逐层分离肌肉并用克氏钉钻至 骨髓腔 将10IJL浓度为1叫05cfu mL的大肠杆菌菌液注入髓腔 随 后分别将直径2mm的纯悻或停基合金金属棒植入大鼠左股骨髓腔 逐 层缝合伤口 将大鼠单笼饲养 其中 对照组大鼠仅注射细菌菌液 不植入金属棒 其余步骤均相 同 1 5主要观察指标做 E那Ez植入后第1 4 7 14天 利用水银玻璃 体温计测量大鼠直肠温度 脏温 ilDJl iflt 植入后第1 4 7 14天 经大鼠眼眶采血 检测白细胞 数量 1m 草席 II1q flfJ知厉E点 i 在植入后第1 4 7 14天经大鼠眼 眶采血 酶联免疫吸附测定试剂盒检测血清肿瘤坏死因子 质量浓 度 应停刁 i Z 植入后第14天 经大鼠眼眶采血 检测血辞水平 细E鉴定 植入后第1 4 7 14天 取植入部位分泌物及组织 细菌培 养后用Thermo公司ARIS2X全自动微生物鉴定及药敏分析系统鉴定细 菌种类 1 6统计学分析应用SPSS23 0统计软件进行统计学分析 计量数据以 主 f S表示 各组均数间比较应用t检验 以P 0 05为差异有显著性 意义 2结果Results2 1实验动物数量分析80只SO大鼠均进入结果分析 2 2各纽大鼠体温变化经金黄色葡萄球菌和大肠杆菌感染后 对照组 体温迅速升高 并在第14天达到最高值 纯悴及钵基合金植入组体 温在第7天达到最高值后开始下降 纯辞及辞基合金植入组植入第7 14天的体温显著低于对照组 P 0 05 此外 植入第7 14天 铮银合 金组体温低于纯铮及其他悻基合金植入组 P 0 05 见襄1 2 表明 银可增强辞基合金的抗菌效果 2198表1金黄色葡萄球菌感染模型各组大鼠的体iE变化 扭 n 5 C Table1Changes ofbodytemperaturein rats infected withSt aphylocous aureus in each group组别第1天第4天第7天第14天对照组37 45土0 1739 12土0 234 0 21士0 1740 13 t0 14纯镑组37 32 t0 1238 88士0 1839 61士0 1 9 39 21士 13 铮铝合金组37 52 t0 1139 02土 1239 71士0 14839 42士0 26 辞铝合金组37 49 t0 1938 92士0 26 39 54土0 09 39 19土0 17 镑镶合金组37 53士0 2338 91土0 1239 62士0 16 39 33 t0 10 停银合金组37 41 t0 2438 81 t0 1938 95 土0 15 38 24土0 21 绊钙合金组37 53 t0 1338 86士0 2339 56 土0 18 39 18士0 24 铸铜合金组37 46 t0 1838 82土0 2339 72士0 16 39 27士0 23 表注 与对照组相比 P 0 05 与纯镑组及其他铸 基合金植入组相比 P 0 05 表2大肠杆菌感染模型各组大鼠的体温变化 灶s n 5 C Table2Chan ges ofbodytemperaturein rats infected with Escherichia coliin each group组别第1夭第4天第7夭第14夭对照组37 52 t0 2139 03 t0 184 0 26 t0 1640 18土0 19纯镑组37 48士0 1538 85 t0 2339 73士0 1 4839 16士0 21 铮铝合金组37 61 t0 1639 07 t0 2439 79 1 0 26 39 36 1 0 188铮铝合金组37 42 1 0 1338 87土0 1539 51 t0 20 3 9 22士0 17 绊镶合金组37 53 t0 1838 91土0 2439 57士0 22 39 3 4士0 10 钵银合金组37 49 1 0 1938 79士0 2738 91土0 23 38 11 t0 21 铮钙合金组37 56 1 0 1738 96士0 2639 61 1 0 12 39 25 t0 24 钵铜合金组37 57 t0 2238 88 1 0 1739 66 t0 19 39 26士 0 35 表注 与对照组相比 P 0 05 与纯绊组及其他镑基合金植入组 相比 b p 0 05 2 3各组白细胞计数变化如囊3 4所示 经金黄色葡萄球菌和 大肠杆菌感染后 对照组白细胞数量随着时间的增加而持续升高 并在第14天达到最高值 纯辞及辞基合金植入组大鼠白细胞计数虽然 也逐渐升高 在植入第7 14天显著低于对照组 P 0 05 而悻银合 金组白细胞计数在第4天就开始显著低于对照组 P 0 05 与体温测 量结果类似 悻银合金组臼细胞计数相较于纯辞及其他辞基合金植 入组大鼠进一步降低 P 0 05 表明添加银元素可提高辞基合金的抗 菌 性能 表3金黄色葡萄球菌感染模型各组大鼠的白细胞计数变化 X l s n 5 叫09L斗 Table3Changes ofwhitebloodcellcountin ratsinfected withSt aphylocousaureusin each group组别第1天第4天第7天第14天对照组16 34士0 5122 92 t1 143 1 19士1 9735 73士1 68纯铸组17 23土1 1221 07士1 6826 81士1 5 9 29 82士2 12 铮铝合金组16 52 1 0 8321 25士1 1226 16土1 34 30 21土1 92 铮铝合金组16 13士1 3720 92士1 3624 85士0 71 30 09 t2 67 铮簇合金组15 63士1 0920 43士2 0127 01士1 63 29 43 土1 33 铮银合金组15 41士1 2419 04士1 09 22 45士1 18曲23 09 士1 24由铮钙含金组16 13 t1 3720 98士1 2326 96士1 38 29 58士 1 83 铮铜合金组17 04土0 9821 02士1 1325 35士1 79 29 27 t2 3 4 表注 与对照组相比 p 0 05 与纯铮组及其他镑基合金植入组相 比 P0 05 故可认为纯辞及辞基合金 材料的悻离子释放量很小 几乎不影响血辞含量 表4大肠杆菌感染模型各组大鼠的白细胞计数变化 n 5 叫09L 1 Ta ble4Changes ofwhitebloodcellcountin ratsinfected withEscherichia coliin each group543212BE NruT帐明拉使西第14天对照组纯镑组镑铝合金组镑 银合金组铮续合金组悴银合金组悴钙合金组绊铜合金组35 25 t2 08 29 93士1 47 30 49土1 35 29 53士1 44 30 19士2 31 23 21士1 52 b29 74 t2 02 29 09士1 85 第7天30 41土1 6225 22士1 26 26 33 士1 58 25 48 t2 48 25 24士1 37 21 51 t0 78 b24 87士1 68 25 71土1 31 第4天23 58 t2 2421 49士1 5821 03土0 7920 87士1 422 0 56士1 1318 66士1 34 21 25 t1 2321 62士1 46第1天17 25 t1 5 116 71士1 0917 12 t1 2316 25士1 2915 31士1 4215 09士1 1616 22 t0 8416 04士0 98组别 黑黑黑黑斗目4睛斜4时4口4日 t t放主lt 立图注z各组镑元素水平 比较无差异 P 0 05 图T金黄色葡糖球菌感染模型各组大鼠血清铸元素水平Figure1Zinc contentof ratsinfected withSt aphylocousaureu ineachgroup国制刺明hw原址刷刷响 原放国制靠国执国相应茨5AU qd句44l 飞回E 叫rv节阳啊啊址现 画表注 与对照组相比 P 0 05 与纯铮组及其他辞基合金植入组 相比 b p 0 0502 4各组血清肿瘤坏死因子 水平检测结果经金黄色葡萄球 菌和大肠杆菌感染后 对照组肿瘤坏死因子 质量浓度随着时间的 增加而持续升高 并在第7天达到最高值后趋于稳定 纯辞及辞基合 金植入组大鼠血清肿瘤坏死因子 质量浓度也在第7天达到最高值 但其数值显著低于对照组 P 0 05 辞银合金组肿瘤坏死因子 质 量浓度在第4天就开始显著低于对照组 此外 植入第7 14天 铮银 合金组肿瘤坏死因子 质量浓度显著低于纯辞及其他辞基合金植入 组 P0 05 图2大肠杆菌感染模型各组大鼠血清铸元素水平Figure2Zinc contentof ratsinfectedwithEscherichiacoliineachgroup国制州响 事放硕放察国制 坠贺 第14天315 3士12 5269 4士15 7 286 5士6 88268 7士7 8 277 3 t1 6 0 202 4士14 68b276 8士14 4 272 2 t6 9 第7天320 4士18 9274 9士10 4 292 5 t13 6 280 4士14 58271 6 t9 58237 3土18 7 b27 8 6士10 58286 7土16 4 第4天254 1士10 3238 6土9 8246 2 t7 52 34 9 土12 8232 3士13 4210 8 t8 3 242 1土12 7236 9士8 2第1天 143 5 t7 4146 3士12 2150 2士10 5141 7士9 7139 4 t5 6142 3士 6 9147 5士8 8145 4士9 3组剔对照组纯镑组铮铝合金组辞银合金组 铮续合金组铮银合金组绊钙合金组铮铜合金组2 6细菌鉴定结果经微 生物鉴定及药敏分析系统检测显示 金黄色葡萄球菌感染组大鼠细 菌培养结果为金黄色葡萄球菌 叶 而大肠杆菌感染组大鼠细菌培养 结果为大肠杆菌 表明实验过程中无其他杂菌引起的感染 讨论Discussion随着骨外科手术在临床的广泛开展 植入物相关感 染病例数逐年增加 研究表明 骨植入物相关感染的发生率约为2 4 其不仅延长了患 者住院时间 还增加了患者痛苦和医疗负担 17叫 具有抗菌性和可降解性的植入材料 在一定程度上可避免植入物相 关感染或者二次手术 19J 而金属钵为无机抗菌材料 具有抑菌和不易耐药的特性 这是辞作 为可阵解医用金属材料的优点 基于这些特点 研究将纯辞及不同的辞基合金材料植入大鼠体内 并选取骨折内固定手术过程中最常见的致病菌金黄色葡萄球菌与大 肠杆菌感染大鼠 检测了多种感染和炎症相关指标 包括大肠杆菌 感染模型各组大鼠血清肿瘤坏死因子 质量浓度 x t s n 5 ng L Table6Serum concentrationof tumornecrosisfactora inratsinfectedwithEscherichia Ii ineachgroup表注 对照组相比 P 0 05 与纯铮组及其他铸基合金 植入组相比 bp 0 050表632199第14天152 3士12 4142 9士9 6138 6士6 6150 3土8 3148 7土7 5140 5 t9 1143 5土7 9147 3士10 4对 照组纯镑组铮铝合金组铐银合金组绊缤含金组辞银合金组铐钙含金 组辞铜合金组表注 与对照组相比 P 0 05 与纯铮组及其他铸基合 金植入组相比 b p 0 05 321 3士17 8261 2士15 7 278 3士10 4 268 4 t7 8 271 3士14 2 2 12 4 t11 38b265 8士14 9 276 2士19 2 第7天335 4士14 6268 2士 7 4 286 5士13 7 262 4 t10 3 276 6土9 58234 7士12 5 b263 4土 10 58273 4土9 3 CRTE R252 1士7 6242 6士12 4247 3士10 5244 3 t9 2236 7 t18 8205 4 士10 4 241 2 t9 5238 8 t15 3110180第4天P O Box10002 Shenyan g第1天组别万方数据 l q飞尹匆锣 HIP iJ fj在勇 居 lL 笋 lf j 苦 且I 事f1 再Tft事 n苦苦岔五垂在 都 pg 排放茄iJfjf t l与tJfJ I组织工1f fJ 2019 23 14 2196 2201 00 10 396叼 ss n 209 4344 1664体温 白细胞数量和血清肿瘤坏死因子 质量浓 度的变化 比较不同辞材料植入物的抗菌效果 纯辞的标准电极电位为 0 763V 介于纯镜和纯铁之间 因而停比铁更易腐蚀 比棋更耐腐 蚀 铮作为可降解金属材料 既有媲美镇合金的良好的生物相容性 又 具有抗外界磁场干扰的能力 同时又有合适的体内服役时间 可避 免因降解速率过慢或降解速率过快引起的不良反应 Zberg等 20J研究了镜含量对停合金的影响 并探讨了辞镜合金作为 可降解金属材料的可行性 认为钵合金有望成为 种新型可降解医 用金属材料 Bowen等 21J将辞金属丝制备的可降解血管支架植入大鼠主动脉 结 果显示辞可降低平滑肌细胞的活性和血管炎症 防止血管再狭窄 表明钵具有良好的生物相容性 Wang等 22J的研究表明辞具有良好的抗菌性能和生物相容性 通过 添加合金元素进行合金化处理不仅可提升材料的力学特性 还可改 善材料的生物相容性 为此 多种合金材料 包括ZnAI ZnSr Zn3Mg Zn3Ag Zn3Ca和Zn 4Cu等相继被开发出来 23 27J 到目前为止 关于可降解医用辞基合金的研究报道相对较少 大多 都是通过尝试不同的合金体系 研究不同成分的铮基合金作为可降 解医用金属材料的可行性 Murni等 23J对辞馍合金 Zn3Mg 的生物相容性和细胞毒性进行了评 价 发现Zn3Mg合金不影响正常人成骨细胞的生存活力 没有明显的 细胞毒 性 Tang等 26J研究证实添加铜金属的辞铜合金 Zn4Cu 其生物相容性 降解速率和力学性能均符合可降解血管内支架的一般设计标准 Sikora Jasinska等 25J研究了银对辞合金的影响 发现银可提高辞合金的 力学性能和抗菌性 同时血小板茹附和溶血实验表明辞银合金具有 良好的生物学性能 研究表明 辞离子可破坏细菌细胞膜的完整性 促进胞内蛋白质变 性和内容物的洛出 进而发挥抗菌效应I28lo此外 辞离子可干扰细 胞壁的生成 抑制及破坏细菌细胞壁的成长和繁殖 29J 尽管辞材料具有抗菌作用 但关于悻基合金体内植入抗菌性的研究 较少 因而在此次研究中 比较了添加不同金属元素的辞合金材料 之间的抗菌性能 结果表明 植入组大鼠体温 白细胞计数和血请肿瘤坏死因子 质 量浓度均显著低于对照组 提示纯辞及辞基材料具有良好的抗菌效 果 银具有极强的杀菌防腐性能 通过吸附细菌的蛋白酶 进而抑制和 破坏蛋白酶体功能 产生杀菌作用 与之类似 在此次研究中 相较于纯辞和其他悻基合金材料 辞银 合金材料可进一步降低细菌感染时的最高体温 进一步降低升高的 白细胞计数和血清肿瘤坏死因子 水平 由此推断 银可增强辞合金的抑菌 性能 而其他金属如银 镇和钙 等则不影响辞合金的抗菌性能 辞是人体必需的微量元素之一 健康成人每日应通过膳食摄入5 20mg的辞来满足自身代谢的需要 30J 此外 若长期辞的摄入量过多 超过100mg 则容易出现辞中毒 其中 以腹痛 腹泻 恶心 呕吐等消化道症状较为常见 31 32102200考虑铮基材料在降解的同时 梓元素会吸收入血 作者检 测了静脉血中钵元素的质量浓度 结果提示植入组大鼠的血辞质量 浓度与对照组无统计学差异 因此 可认为辟基合金材料的怦离子释放量很小 几乎不影响血辞 水平 表明辞基材料是相对无毒的 具有一定的安全性 综上所述 辞基合金材料植入体内可产生明显的抗菌作用 抑制金 黄色葡萄球菌或大肠杆菌引起的植入物相关感染 而银可增强辞基 合金材料的抗菌效果 提示铮基合金材料是较为理想的可降解金属 材料 然而实验仍有一些局限性 一是实验动物样本偏少 可能存在一定的 误差 因此 需要加大动物样本例数进一步确认 二是观察时间偏短 需进 步评估辞基合金植入材料在体内的远期抗菌效果 伤者 ffi1i 谢中和羊明智进行实验设计 实验实施为谢中 薛静 波和陈勇 实验评估为彭立军和蔡斌 资料收集为谢中和蔡斌 谢 中成文 羊明智审校 经费支好2该文章未接受任何经费支持 itI丘吉J功穷 文章的全部作 者声明 在课题研究和文章撰写过程中不存在利益冲突 1Jl J 元 l o7H 实验过程遵循了国际兽医学协会 关于动物伦理与福利的作 者指南共识 和本地及国家法规 实验动物在麻醉下进行所有的手术 并尽一切努力最大限度地减少 其疼痛 痛苦和死亡 l ftlfi 扉文章的撰写与修改后文章遵守了 系统综述和茶萃分析报 告规范 PRISMA指南 Jt重莹莹 文章出版前已经过专业反剥窃文献检测系统进行3次查重 Jt重勿庸 文章经小同行外审专家双盲外审 同行评议认为文章符合 期刊发稿宗旨 1主持ff li if辛苦声可吁 该文统计学方法已经南华大学附属第一医院生物统计 学专家审核 Jt若Jti IJZ 文章出版前杂志已与全体作者授权人签署了版权相关协议 开放 l fll1 声明 这是一篇开放获取文章 根据 知识共享许可协议 署 名 非商业性使用 相同方式共享4 0 条款 在合理引用的情况下 允许他人以非商业 性目的基于原文内容 调整和扩展 同时允许任何用户阅读 下载 拷贝 传递 打印 检索 超级链接该文献 并为之建立索引 用作软件的输入数据或其它任何合法用途 4参考文献References 1 Sheikh Z Najeeb8 Khurshid Z et al Biodegradable Materialsfor BoneRepair andTissue EngineeringAppli四tions Materials Basel xx 8 9 5744 5794 2 岑超德 罗聪可降解组织工程骨材料及其血管化研究 问题 与应用前景 J 中国组织工程研究 xx 18 21 3391 3397 3 80ngR Murphy M Li C et al Current development ofbiodegradablepolymeric materialsfor biomedicalapplications Drug DesDevel Ther 2018 12 3117 3145 4 李君涛 陈周煌 可降解生物医用材料研究现状与展望 J 新材料产业 xx 18 1 32 35 5 Ginebra MP Espanol M Maazouz Y et al Bioceramics andbone healing EFORT OpenRev 2018 3 5 173 183 创医用高分子材料及其相关产品的临床应用 l中国组织工程 研究与临床康复 xx 15 47 8877 8878ISSN2095 434421 1581 R CODEN ZLKHAH万方数据X eZ Yang MZ Xue J8 Chen Y peng LJ Ca 8 Zhang YY Ant bacterialprope时 esofb odegradable z ncalloys的w 0 Zhongguo Zuzh Gongcheng Yanj u 2019 23 14 2196 2201 DOI 10 3969 j ssn 2095 4344 1664 7 Yoshii H Futsusaka H Tsuchigame N et al An in vitro testof thyroidfunction byT3Uptake MAA Kit autho r s transl Horumon ToRinsho 1980 28 4 443 446 8 Bertesteanu S Chifiriuc MC Grumezescu AM et al Biomedical applicationsof synthetic biodegradable polymersfor thedevelopmentofanti infective strategies Curr MedChem xx 21 29 3383 3390 9 Seitz JM Durisin M Goldman J et al Recent advancesin biodegradablemetals formedical sutures a criticalreview Adv HealthcMater xx 4 13 1915 1936 10 Prakasam M Locs J Salma Ancane K et al Biodegradable materialsand metallicimplants a review J FunctBiomater xx 8 4 44 11 FukunakaA Fuji饱ni Y Role ofZinc HomeostasisinthePathogenesis ofDiabetes andObesity lnt JMol Sci2018 19 2 pii E476 doi 10 3390 ijms19020476 12 Suzuki T Kajita Y Katsumata S et al Zinc DeficiencyIncreases SerumConcentrations ofParathyroid Hormohrough aDecrease inSerum Calciumand InducesBone Fragilityin Rats J NutrSci Vitaminol Tokyo xx 61 5 382 390 13 Li uH Li W Jia S et al Puerarin andzinc additivelyprevent mandibularbone lossthrough inhibitingosteoclastogenesis inovariectomized rats Histol HistopathoI xx 32 8 851 860 14 Zhao L Zhang Z Song Y et al Mechanical propertiesand invitro biodegradationof newly developed porousZn sca仔 oldsfor biomedicalapplications Mater Design xx 108 136 144 15 冯相颈 周超 张海军 生物可降解镑基金属材料研究进展 J 材料导报 2018 32 z1 188 191 195 16 Zackular JP Moore JL Jordan AT et al Dietary zincalters themicrobiota anddecreases resistanceto Clostridiumdi仔icileinfection Nat Med xx 22 11 1330 1334 17 Murphy阳 Okoli0 Essien et al Multidrug resistant surgicalsite infectionsin ahumanitarian surgeryprojec t Epidemiol Infect xx 144 16 3520 3526 18 贾曼 金文姬 李娜 等 骨科患者手术植入物感染的相 关因素分析与预防 J 中华医院感染学杂志 xx 27 23 5391 5394 19 Murray CK ObremskeyWT Hsu JR et al Prevention ofinfections associatedwith bat related extremityinjuries J Trauma xx 71 2Suppl2 S235 S257 20 Zberg B Uggowitzer PJ Loffler JF MgZnCa glasseswithout clinicallyobservable hydrogenevolution forbiodegradable i