加替沙星-聚癸二酸酐局部缓释系统的生物相容性

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2013.25.009

摘要/Abstract

摘要：

背景：聚酸酐材料具有表面溶蚀性、生物可降解性和释药速率可调性，已被美国食品和药物管理局批准用于人体药物缓释材料。
目的：研究加替沙星-聚癸二酸酐局部缓释系统的制备及生物相容性。
方法：采用熔融缩聚的方法制备聚癸二酸酐，将加替沙星与聚癸二酸酐充分混合，制成载药量20%的加替沙星-聚癸二酸酐局部缓释药棒。切开6只新西兰大耳白兔背部皮肤，随机分组：实验组在脊柱两旁椎旁肌肌袋内植入聚癸二酸酐棒，对照组未植入任何材料。术后第5周取材，观察皮下组织和肌肉组织变化，以及心、肝、肾及肺的变化。
结果与结论：聚癸二酸酐生物相容性良好，植入期间兔未出现任何食欲和行为改变，植入部位未见明显红肿、出血及糜烂，植入材料表面呈多孔状，表明材料在皮下已发生降解吸收，但未发生脆裂和崩解，与周围组织形成轻微粘连；兔肝、肾、肺、心组织结构未发生改变。表明加替沙星-聚癸二酸酐局部缓释制剂无毒、无致畸作用，组织相容性好。

关键词: 生物材料, 材料生物相容性, 聚癸二酸酐, 聚酸酐, 加替沙星-聚癸二酸酐缓释制剂, 生物相容性, 生物降解, 药物缓释材料

Abstract:

BACKGROUND: Polyanhydride material is characteristics of surface erosion, biodegradability and release rate adjustability, and it has been approved by the U.S. Food and Drug Administration for human drug carrier materials.
OBJECTIVE: To prepare gatifloxa-poly(sebacic anhydride) local control release system and study its biocompatibility.
METHODS: Poly(sebacic anhydride) was prepared with melt phase polycondensation method, and mixed with gatifloxacin in the agate mortar to make a local drug delivery system at 20% drug loading. Six rabbits were used to study the biocompatibility of poly(sebacic anhydride) and their back skin was cut open. Six rabbits were randomly divided into two groups, the experimental group was implanted with poly(sebacic anhydride) stick into the paraspinal muscle pouch, while the control group received no implants. Rabbits were killed at 5 weeks post-surgery, and changes on subcutaneous tissue and muscle tissue were observed, as well heart, liver, kidney, and lung.
RESULTS AND CONCLUSION: Poly(sebacic anhydride) has a good biocompatibility. After implantation, no rabbit appeared to have the change of appetite and behavior. There was no edema, hemorrhage and erosion at the implanted site, and the surface of implanted materials was porous, which suggested that the materials had been degraded and absorbed subcutaneously. In addition, embrittlement and disintegration were not observed; the implanted materials slightly adhered to surrounding tissue. There was no change in the liver, kidney, lung, heart and partial musculature. Gatifloxacin-poly(sebacic anhydride) local sustained release preparation is well histocompatible with no toxicity and teratogenic action.

Key words: biomaterials, material biocompatibility, poly(sebacic anhydride), polyanhydride, gatifloxacin-poly(sebacic anhydride) sustained release preparations, biocompatibility, biodegradation, drug delivery materials

中图分类号:

R318

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图/表（结果） 4

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引言

材料方法

设计：单一样本观察实验。

时间及地点：于2008年4月至2011年8月在华北煤炭医学院动物实验室完成。

材料：

实验动物：新西兰大耳白兔6只，雌雄不拘，由山西省医用组织库实验动物中心提供，体质量2.5-2.7 kg，用来研究聚癸二酸酐体内生物相容性。

加替沙星-聚癸二酸酐局部缓释系统制备及生物相容性实验的主要药品：

Main experimental drugs:

实验方法：

空白聚癸二酸酐棒和加替沙星-聚癸二酸酐缓释制剂的制备：

空白聚癸二酸酐棒的制备^[1]：取聚癸二酸酐适量，加入玛瑙研钵内，进一步研碎，使之成为粉末状，然后将粉末加入自制模具内，压紧，放入红外恒温箱内，调温度至90 ℃，待粉末成为熔融状态，再加入粉末，然后再加热，如此反复，直到模具被填满为止，冷却，干燥，脱模。制成质量(40.0±1.0) mg，大小为直径3 mm×长5 mm空白聚癸二酸酐棒，将空白聚癸二酸酐棒密封，⁶⁰Co辐照灭菌，辐照剂量为20 kGy，-40 ℃保存备用。

加替沙星-聚癸二酸酐缓释制剂的制备：将聚癸二酸干与加替沙星原料药按加替沙星含量为20%比例在研钵内充分混合，研磨，加入自制模具内，压紧，然后按空白聚癸二酸酐棒的制备方法制备，制成质量 (40.0±1.0) mg，大小为直径3 mm×长5 mm药棒，加替沙星含量为20%。将加替沙星-聚癸二酸酐缓释制剂密封，⁶⁰Co辐照灭菌，辐照剂量为20 kGy，-40 ℃保存备用。

无菌度检查：参照《中国药典》2005年版无菌度检查项下进行，制作需氧(中国兰琼脂培养基)培养基、厌氧菌(疱肉培养基)培养基，霉菌(沙保罗培养基)培养基。在无菌操作下，随机抽取聚癸二酸酐棒3颗，用研钵、研棒将聚癸二酸酐棒研碎，分别倒入各培养管内，每个培养管内放入1颗聚癸二酸酐棒研成的粉末，需氧菌、霉菌管迅速加塞，混匀，厌氧菌管加一层液体石蜡膜，加塞后混匀。另取2只需氧菌管，一管中接种金黄色葡萄球菌(细菌学实验室提供)作为阳性对照，另一管作为阴性对照。将需氧、厌氧菌管置于35 ℃恒温孵育箱中，培养14 d，每日观察；将霉菌管置于25 ℃恒温恒湿的霉菌培养箱中，培养14 d，每日观察各管，记录结果。若各管培养基出现混浊即为有菌，若澄清则为无菌。

聚癸二酸酐生物相容性实验：实验前1 d，用脱毛液将每只兔背部脱毛。随机将6只新西兰大耳白兔分成2组，每组3只。称质量后，每只兔均耳缘静脉注射3%戊巴比妥钠(30 mg/kg)麻醉药，5-10 min后，动物处于完全麻醉状态，固定。在无菌条件下，分别切开6只兔背部皮肤，实验组在脊柱两旁椎旁肌肌袋内植入空白聚癸二酸酐棒，止血，缝合，消毒。对照组只切开相应部位的皮肤和肌肉，止血，缝合，消毒。术后常规饲养至预定处死日。

术后每日定时观察新西兰大耳白兔食欲，活动行为，创伤局部红肿、出血、糜烂、及全身系统反应等。于第5周将两组新西兰大耳白兔处死，取肝、肾、肺、心，以及植入部位皮下组织和肌肉组织，用体积分数10%甲醛溶液固定，石蜡包埋，切片，苏木精-伊红染色，光镜观察。

主要观察指标：聚癸二酸酐的生物相容性。

讨论

3.1 聚癸二酸酐生物相容性^[2] 目前对生物制品或材料的相容性评价方法主要有两类：一是动物体内实验，即将材料或其浸提液放入动物活体内，观察动物全身及局部组织病理变化；另一类是体外实验，即用材料或其浸提液对体外培养的组织细胞生长、代谢及增殖方面的影响进行观察^[3-4]。生物可降解聚癸二酸酐植入新西兰大耳白兔体内，聚癸二酸酐随时间延长体积缩小，表明聚癸二酸酐在新西兰大耳白兔体内可以发生降解和吸收。在整个实验期间，所有动物未发生局部红肿，溃烂，未发现任何行为异常，肺、心、肝、肾及局部肌肉组织结构未发生改变，且能生存至预定处死日期。这些初步实验观察结果表明，聚癸二酸酐具有较好的体内生物相容性。

3.2 加替沙星药物的选择 加替沙星是一种8-氧基氟喹诺酮类抗生素，其8-氧基能降低革兰阳性菌的耐药性，不仅弥补了环丙沙星、氧氟沙星等第3代喹诺酮类药物仅对革兰阴性菌有很好的抗菌作用，而对革兰阳性菌、厌氧菌、支原体、衣原体以及分枝杆菌等活性不强的缺点，加替沙星对这些病原体也有较好的抗菌作用，而且没有潜在的光敏副反应^[5]，并且加替沙星比较耐热，其熔点是160-163 ℃^[6]，并且在4 500 LX强光照射下未发生分解^[7]，以20 kGy ⁶⁰Co对加替沙星进行辐照，对加替沙星的结构没有影响，加替沙星内没有新物质的生成。局部缓释抗生素系统的灭菌多采用⁶⁰Co辐照灭菌的方法，但是许多抗生素不能耐受⁶⁰Co辐照，这显著限制了抗生素的应用，但是加替沙星能够耐受20 kGy ⁶⁰Co辐照，并且结构不发生改变，再加上其广谱抗菌作用，这正是实验局部缓释抗生素系统选择加替沙星的原因所在。

另外，聚酸酐作为合成生物可降解药物缓释材料，在过去的20年中，其在临床医学领域的应用是一个极为活跃的研究领域^[8]。聚酸酐对于疏水性药物具有较好的缓释性能，而对亲水性药物的释放速度较快^[9]。加替沙星是氟喹诺酮类药物中光毒性最小，疏水性最大的药物^[10]，这正能满足聚酸酐材料对药物的要求。通过加替沙星-聚癸二酸酐缓释制剂制作工艺、辐照灭菌、降解特性等方面的考虑，加替沙星是最佳选择药物。

3.3 聚癸二酸酐降解方式 聚癸二酸酐是以表面溶蚀方式降解，降解为酸酐键的随机非酶性水解。降解材料的溶蚀有两种方式，一种是整体溶蚀，水分子可渗透的材料属于这种类型。由于水分子很快进入材料内部，所有的大分子链都有机会与水接触，因而发生整体无规则水解降解，在显微镜下可看到降解后材料整体出现裂缝。目前已知的降解材料绝大部分属于这种。另一种是表面溶蚀，当材料的憎水性很强时，水分子很难渗透进材料内部，只有材料表面的分子有机会与水接触。此时，如果大分子链中含有极易水解的化学键，则与水接触的表面分子很快降解，形成一层一层从外到内的溶蚀形式，用电子显微镜可看到一个清晰的溶蚀层与非溶蚀层的界面。形成表面溶蚀的化学特征必须是强疏水性材料，同时分子中要有极易水解的化学键。通过扫描电镜可见药棒内部结构致密，表面结构呈小球状，降解呈表面溶蚀降解，溶蚀面与非溶蚀面分界明显。

3.4 影响聚癸二酸酐降解的因素 聚癸二酸酐降解属于表面溶蚀降解机制，影响聚癸二酸酐降解的因素主要有^[11-12]：①形态因素。结晶体比无定型结构降解慢，致密结构比多孔结构降解慢。与介质接触面积越小，降解越慢。因此不同制备方法对材料药释性能的影响很大。②结构因素：加替沙星-聚癸二酸酐缓释制剂载药量越大，降解速率越大。这主要是由于加替沙星易溶于介质，当加替沙星含量增大时会明显加快加替沙星-聚癸二酸酐降解速度。

初步的体内实验证实，合成的聚癸二酸酐缓释材料在新西兰大耳白兔体内具有良好的组织相容性，是一种可体内降解的、无毒、无致畸作用的缓释植入材料。

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