硫酸钙-氧化镁复合材料作为抗感染植骨材料的性能OA

背景:硫酸钙植骨材料具有良好的生物相容性,但缺乏抗菌性能,易引起植入物感染。氧化镁具有抗菌作用,并且能够促进骨再生和血管生成。目的:开发具有抗菌性能和促进骨再生能力的硫酸钙-氧化镁新型骨移植材料,系统评估该材料的抗菌性能、细胞相容性以及促成骨分化和血管形成能力。方法:①采用水热法合成α-半水硫酸钙,将α-半水硫酸钙与氧化镁混合,其中氧化镁占混合材料的质量比分别为2.5%,7.5%,15%,25%,加入蒸馏水后固化形成硫酸钙-氧化镁复合材料,分别记为CS-2.5MgO、CS-7.5MgO、CS-15MgO和CS-25MgO。表征α-半水硫酸钙、CS-2.5MgO、CS-7.5MgO、CS-15MgO和CS-25MgO的表面形貌、抗压强度、体外降解情况以及浸泡于PBS中的H_(2)O_(2)产生情况。②将大肠埃希菌(或金黄色葡萄球菌)菌液分别与5组材料共培养,通过菌液琼脂平板涂布实验与抑菌圈实验评估材料的抗菌性能。③将MC3T3细胞分别与5组材料浸提液共培养,通过CCK-8检测与活死染色评估材料的细胞相容性。将MC3T3细胞分别与5组材料浸提液共培养,成骨诱导后,通过碱性磷酸酶染色与茜素红染色评估材料的成骨矿化诱导能力,Western Blot检测细胞中RUNX2和WNT3a蛋白表达。④将人脐静脉内皮细胞分别与5组材料浸提液共培养,通过基质胶小管形成实验评估材料的促血管形成能力,Western Blot检测细胞中内皮型一氧化氮合酶蛋白表达。⑤将携带金黄色葡萄球菌的α-半水硫酸钙、CS-2.5MgO、CS-7.5MgO、CS-15MgO和CS-25MgO分别植入SD大鼠肌肉切口中,术后1,3,7 d取材,冲洗材料及邻近肌肉组织后收集冲洗液,通过琼脂平板涂布实验检测菌落形成,苏木精-伊红染色观察材料周围肌肉组织中炎症细胞浸润情况。结果与结论:①扫描电镜下可见α-半水硫酸钙大部分呈短棒状晶体,有少量长条状晶体,表面光滑;硫酸钙-氧化镁复合材料中的氧化镁颗粒团聚体分布在晶体表面及晶体之间,并且颗粒密度随氧化镁比例的增加而上升。与α-半水硫酸钙相比,硫酸钙-氧化镁复合材料的抗压强度、降解速率呈降低趋势,浸泡于PBS中的H_(2)O_(2)产生呈升高趋势。菌液琼脂平板涂布实验与抑菌圈实验显示,硫酸钙-氧化镁复合材料具有优异的抗菌性能,并且随着氧化镁比例的增加抗菌性能呈升高趋势。CCK-8检测与活死染色显示,α-半水硫酸钙、CS-2.5MgO、CS-7.5MgO具有良好的细胞相容性。碱性磷酸酶染色、茜素红染色与Western Blot检测显示,CS-2.5MgO组成骨矿化诱导能力增强。基质胶小管形成实验与Western Blot检测显示,CS-7.5MgO组血管形成能力最强。②冲洗液琼脂平板涂布实验显示,与α-半水硫酸钙相比,硫酸钙-氧化镁复合材料具有良好的体内抗菌性能,并且随着氧化镁比例的增加抗菌性能呈升高趋势。苏木精-伊红染色显示,与α-半水硫酸钙组相比,各硫酸钙-氧化镁复合材料组肌肉组织中炎症细胞浸润与渗出明显减少。③结果表明,硫酸钙-氧化镁复合材料具有良好的细胞相容性、抗菌性能,可有效促进成骨和成血管过程。