新型含Cu抗菌钛合金体内抗菌性的初步研究①

丁元圣,赵 王月,张宏伟,赵 刚

(佳木斯大学附属第二医院，黑龙江 佳木斯 154002)



新型含Cu抗菌钛合金体内抗菌性的初步研究①

丁元圣,赵 王月,张宏伟,赵 刚

(佳木斯大学附属第二医院，黑龙江 佳木斯 154002)

目的：本课题采用动物体内对新型含Cu抗菌钛合金的抗菌性的研究，为正畸种植支抗提供新型材料。方法：将表面染有金黄色葡萄球菌的含Cu钛合金植入体与纯钛植入体分别植入新西兰大白兔的肌肉内。在术后的每1、4、7、14天，以大体观察、细菌培养、白细胞计数的方法进行分析，验证含Cu抗菌钛合金的体内抗菌性。结果：纯钛组可见比较严重的化脓反应，大量细菌定植及炎症细胞浸润，白细胞升高明显。含Cu钛合金组愈合良好，个别可见轻微化脓反应，细菌及炎症细胞均好于纯钛组。结论：含Cu抗菌钛合金，在体内具有抗菌性。

含Cu抗菌钛合金；体内抗菌；研究

一种新型生物材料要应用于临床之前必须要经过一系列严格地检测与筛选，且要符合临床要求具备一定的物理材料性能和良好的生物相容性[1]。本实验选用的含Cu钛合金已在前期通过体外抗菌实验证实了该材料在体个具有优秀的抗菌性能，通过细胞相容性试验证明该材料无细胞毒性具有良好的生物相容性。为进一步的体内实验奠定理论基础。有学者认为：在没有考虑到微循环的中介过程中，不能将材料的细胞毒性试验的结论直接推理到体内的相容性[2]。因此在评价材料生物相容性是必须要进一步的进行动物体内试验。动物体内试验包括材料的皮下埋植、肌肉埋植和骨内埋植试验等。试验中要观察是否发生溶血反应、毒性反应和过敏反应，观察伤口局部的愈合情况等。在组织病理学方面，观察不同时期的植入体周围组织的反应情况，如炎症细胞数量和分类，植入物周围的纤维变化、包膜厚度等。这些参数都是通常用来评价材料的生物相容性。本实验通过体内肌肉植入实验和骨内植入实验的方式分两个部分，分别来评价和验证含Cu抗菌钛合金的体内抗菌性和骨相容性，为含Cu抗菌钛合金的临床广泛应用提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 实验材料

选用健康成年新西兰大白兔24只，体重2～2.5kg。动物随机分为两组，每组又按照四个时间点分成四个小组，每小组3只，分笼适应性饲养。

材料：①含CU钛合金②医用纯钛，样本加工成长10mm宽3mm厚1mm的薄片。样本用金刚砂纸机械抛光至1200目后，喷砂、高温蒸汽消毒。

实验用菌液配制：用营养肉汤培养基分别复苏金黄色葡萄球菌冻干菌株，并培养后经形态学及生化试验鉴定为纯培养物。采用连续转接2次的新鲜菌液培养物，挑取金黄色葡萄球菌单菌落混悬于培养液中，在37℃恒温箱内培养24h,之后用血球计数板配制成1×105cfu/mL的菌液，备用。

1.2 实验方法

1.2.1 手术操作：大白兔适应饲养后，按照分组编号顺序乌拉坦(5ml/kg)耳缘静脉麻醉，固定于手术台上，侧卧位、备皮、局部消毒、利多卡因局部麻醉，在兔背脊单侧骨骼肌区距离脊柱2cm处用手术刀做长约2cm的切口，显露肌肉组织，再用止血钳钝性分离背部竖脊肌，形成袋状，加样枪加入1×105cfu/mL20μmL(覆盖于整个实验片表面)菌液与试验片一同植入肌肉中，并确保其不与脊柱骨组织接触。术后分层缝合伤口。伤口消毒，不给予抗生素注射。

1.2.2 实验检测：实验按时间发为Day1.Day4.Day7.Day14

①观察手术后动物的饮食、活动及伤口愈合情况(红肿、硬结分泌物，新生肉芽组织，组织张力等)；实验动物处死后观察植入材料与周围组织的关系，植入材料周围的组织是否有化脓、坏死等情况；取出材料后，观察植入材料表面是否完整、有腐蚀生锈、变色反应等情况。

②白细胞计数：于耳缘血管，用EDTA抗凝管取血1～1.5mL，行血常规检测白细胞数量。

③细菌培养：处死后切开实验切口周围组织钝性分离，取试验片上及片周围包绕组织脓液均匀涂布于培养皿，37℃培养24h。24h后，观察菌落数。

1.3 统计学方法

2 结果

2.1 大体观察

术后大体观察可见，术后24h后实验动物苏醒饮食活动正常，第1天两组伤口均见血凝块形成炎症对比情况不明显。4d后纯钛组伤口个别可见脓液渗出并伴有白色膜状增生，而后炎症加剧，至14d时可见伤口处肿胀，个别经触伤口有白色脓块流出。含Cu钛合金组炎症症状轻，初期可见红肿，14d时已无任何症状，伤口愈合完好。取出的试验片材料与组织无黏连、表面均无腐蚀生锈、变色反应等情况。

2.2 白细胞计数

含Cu钛合金组在1、4、7d与空白组存在差异，而在14d时已无显著差异。说明术前相比炎症反应在白细胞数量上在第14天已无差异恢复正常值。纯钛组在1、4、7、14d均与术前有差异。在4、7、14d含Cu钛合金组与纯钛组存在显著差异，经统计分析具有统计学意义。而在第1天两组没有显著差异，推测可能的原因为术后切口急性炎症期，使得二者在白细胞数量上无差异。见表1。

表1 含CU抗菌钛合金组与医用纯钛组白细胞计数结果(109)

*：合金组术后与术前有统计学差异，P<0.01；◇：合金组与纯钛组有统计学差异，P<0.05；◇◇：合金组与纯钛组有统计学差异，P<0.01；：纯钛组中术后与术前有统计学差异，P<0.01。

2.3 脓液细菌培养

细菌培养菌落数合金组明显少于纯钛组，含Cu钛合金在第1、4、7天可见零星菌落分布于培养皿中，14d时少见或无菌落。纯钛组在第1天时就有大量菌落定植，随着天数增加菌数量呈指数增长，在14d达最高。两组细菌培养菌落数差异显著P<0.05，含Cu钛合金组菌落数明显少于纯钛组。

3 讨论

本实验中选用的含Cu抗菌钛合金经过前期的体外实验，证明其在体外具有抗菌性能。研究证实，经过第一次抛光对金黄色葡萄菌与大肠埃希氏菌的抗菌率为100%和99.93%，而经过第二次和第三次抛光后对金黄色葡萄菌抗菌率为99.86%和100%，对大肠埃希氏菌的抗菌率为99.69%和99.25%，上述结果表明，此含Cu钛合金的体外抗菌性能高不仅仅位于合金表面，而是具有整体的抗菌性[3]。通过体外细胞相容性实验显示，本实验中的含Cu钛合金无细胞毒性具有良好的细胞相容性[4]。所以，选择以Cu作为抗菌金属元素的Cu抗菌钛合金作为实验用植入体，用于本实验中。含Cu钛合金组的感染控制明显优于纯钛组，伤口边缘愈合整齐。研究显示细菌感染可使血液中白细胞增多，因此白细胞数量可作为了解细菌感染程度的辅助指标之一[5]。同时，炎症反应是机体 自身抵抗和修复的过程，与细菌感染密切相关，因此炎症细胞的数量在一定程度上也可以反映机体细菌感染程度[6]。结果证实含Cu抗菌钛合金在体内植入初期就已具备抗菌性，能够抑制细菌的增殖，有效的控制了炎症发生与发展。炎症反应一般都发生于早期和短期内，炎症发生时机体本身的抵抗力也会对炎症产生反应，在短期或更长时间后，机体自身免疫力在可控范围内也可以将炎症控制或消除，但耗费时间更长代价也更大，所以含Cu抗菌钛合金实验片在早期抗菌抗炎方面优势也就更具意义。本实验通过体内实验验证了其在体内抗菌性能，但应用于临床还需要大量的实验予以验证。钛及钛合金已在临床上得到了十分广泛的应用，保持钛及钛合金优势金属原有的优点，兼具有抗菌性能的抗菌钛合金的发展将别具意义[7]。

[1]刘慧颖.氟离子注入钛合金对骨细胞相容性和抗菌性的影响[J].中国医科大学，2008，36：55-58

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[3]张宁，宋任游，宋伟.308例口腔人工种植手术的临床护理体会[J].黑龙江医药科学，2014,37(4):81

[4]ErlinZhang,FangbingLi,jieliu，etal.Anewantibacterialtitanium-coppersinteredalloy:Preparationandantibacterialproperty[J].MaterSciEngC33，2013，4280-4287

[5]段峰，苗波，李善昌.小型钛板内固定术治疗下颌骨骨折32例[J].黑龙江医药科学，2006,25(5):56

[6]陈玉婷.纳米二氧化钛涂层TC4种植材料的抗菌性活性实验研究[J].广东医学院报，2008，(12)：75-78

[7]阚娜.老年无牙颌患者的修复治疗[J].黑龙江医药科学，2014,37(6):12-13

佳木斯大学研究生科技创新项目，编号：LM2014-046。

丁元圣(1978～)男，黑龙江佳木斯人，硕士，主治医师。

赵刚(1975～)男，黑龙江佳木斯人，硕士，副主任医师。E-mail:5304404@qq.com。

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