CN109010334A

CN109010334A - 聚甲基丙烯酸甲酯复合辛伐他汀骨水泥用于制备假体周围骨溶解和炎症反应的药物中的应用

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Publication number: CN109010334A
Application number: CN201811029770.3A
Authority: CN
Inventors: 朱芳兵; 张治金; 王建岳; 侯桥; 章英良; 曾林如
Original assignee: HANGZHOU CITY XIAOSHAN DISTRICT TRADITIONAL CHINESE MEDICAL HOSPITAL
Current assignee: HANGZHOU CITY XIAOSHAN DISTRICT TRADITIONAL CHINESE MEDICAL HOSPITAL
Priority date: 2018-09-05
Filing date: 2018-09-05
Publication date: 2018-12-18

Abstract

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及聚甲基丙烯酸甲酯复合辛伐他汀骨水泥用于制备假体周围骨溶解和炎症反应的药物中的应用。本发明聚甲基丙烯酸甲酯复合辛伐他汀骨水泥具有显著的抑制钛颗粒介导的假体周围骨溶解和炎症反应，提高假体‑骨界面骨密度和骨量分数，提高假体‑骨界面抗剪切强度和稳定性，提示辛伐他汀复合聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥有效抑制钛颗粒诱导假体周围骨溶解，有望用于人工关节无菌性松动的防治。

Description

聚甲基丙烯酸甲酯复合辛伐他汀骨水泥用于制备假体周围骨溶解和炎症反应的药物中的应用

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及聚甲基丙烯酸甲酯复合辛伐他汀骨水泥用于制备假体周围骨溶解和炎症反应的药物中的应用。

背景技术

全球每年约有150万因退变性和炎症性关节炎导致的关节失功能患者进行人工关节置换术。人工关节置换术作为关节终末期疾病和老年股骨颈骨折的治疗手段，明显提高了患者的生活质量。但随着人工关节使用年限的延长, 因各种原因需行翻修术者逐渐增多，约有10%的患者在初次人工关节置换术后15年内需要进行人工关节翻修术。在一些大的医学中心, 翻修手术病例数已经达到同期全髋关节置换手术的 20%左右。

随着我国医疗卫生事业的发展，行人工关节置换术的患者越来越多。但随着患者年龄越来越轻和病例数量逐渐越多，因人工关节无菌性松动而需做人工关节翻修手术的病例将逐渐增多。有研究表明无菌性松动的发生率在股骨侧是13%，髋臼侧的发生率是34%。由于翻修术的疗效低于初次手术，手术创伤大、价格昂贵，给患者带来巨大的身心痛苦和经济压力。因此迫切需要研究治疗假体无菌性松动的新型药物和材料，通过非手术方式来预防和治疗人工关节无菌性松动这一晚期并发症。

目前认为人工关节磨损颗粒与人工关节的无菌性松动和晚期植入失败密切相关,它严重阻碍了人工关节的推广应用。磨损颗粒可以刺激巨噬细胞产生白细胞介素1（IL-1）、白细胞介素6（IL-6）、肿瘤坏死因子-alpha（TNF-α）等细胞因子，这些因子对于破骨细胞的发生、分化和成熟有重要的作用。磨损颗粒同时可以刺激假体周围的成骨细胞分泌对于破骨细胞生成至关重要的核结合因子受体配体（receptor activator of the NF kappa Bligand,RANKL），减少不利于破骨细胞生成的骨保护素（osteoprotegrin OPG）的表达。因此阻断体内磨损颗粒刺激反应的环节，以及破骨细胞生成、活化的的过程将有助于减轻或者防止磨损颗粒导致的假体周围骨溶解。

辛伐他汀抑制胆固醇代谢中甲羟戊酸途径的羟甲戊二酰辅酶A(3-Hydroxy-Methylglutary1-Coenzyme A，HMG-CoA)还原酶活性，具有明显的降血脂作用，临床上广泛应用于降低胆固醇及预防心血管疾病。1999年，Mundy等筛选3万多种天然与人工化合物，发现他汀类药物具有激活成骨细胞促进骨合成代谢的作用，从而使其成为近几年研究热点。近来研究发现辛伐他汀能抑制IL-1，IL-6，TNF-α等细胞因子的表达，而这些因子对于破骨细胞的发生、分化和成熟有重要的作用，他汀类药物可促进骨形态发生蛋白-2(BMP-2)的基因表达；可阻止脂肪细胞生成，促使骨髓基质干细胞向成骨细胞分化；可调节核因子-κB通路，抑制破骨细胞形成，这些作用均可调节骨代谢，促进成骨，提示辛伐他汀可以抑制磨损颗粒诱发的炎性反应，对于磨损颗粒诱发的骨溶解具有治疗价值，可望作为一种潜在的药物防治人工关节无菌性松动。

众所周知，辛伐他汀主要经肝脏代谢，口服剂量的他汀类药物只有不到5％到达血液循环中，这些药物在骨骼中的分布浓度很低，若要用于防治人工关节无菌性松动，则需继续开发研制对骨骼具有高度亲和力的他汀类药物或改变给药方式，降低长期全身使用辛伐他汀的副作用和提高假体周围局部的有效药物浓度。

发明内容

本发明的一个目的是提供聚甲基丙烯酸甲酯复合辛伐他汀骨水泥用于制备防治假体周围骨溶解的药物中的应用，本发明的第二个目的是提供聚甲基丙烯酸甲酯复合辛伐他汀骨水泥用于制备防治人工关节无菌性松动的药物中的应用，本发明的第三个目的是提供聚甲基丙烯酸甲酯复合辛伐他汀骨水泥，用于防治人工关节无菌性松动。本发明的第四个目的是提供上述的聚甲基丙烯酸甲酯复合辛伐他汀骨水泥的制备方法。

为了实现上述的第一个目的，本发明采用了以下的技术方案：

聚甲基丙烯酸甲酯复合辛伐他汀骨水泥用于制备防治假体周围骨溶解和炎症反应的药物中的应用。

作为优选，辛伐他汀粉末均匀分散在聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥中，辛伐他汀粉末的质量分数为0.2~2.0 wt%。再优选，辛伐他汀粉末的含量为0.5~1.5 wt%。

为了实现上述的第二个目的，本发明采用了以下的技术方案：

聚甲基丙烯酸甲酯复合辛伐他汀骨水泥用于制备防治人工关节无菌性松动的药物中的应用。

为了实现上述的第三个目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种聚甲基丙烯酸甲酯复合辛伐他汀骨水泥，该骨水泥包括聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥，辛伐他汀粉末均匀分散在聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥中，辛伐他汀粉末的质量分数为0.2~2.0 wt%。

作为优选，辛伐他汀粉末的含量为0.5~1.5 wt%。

为了实现上述的第四个目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种制备聚甲基丙烯酸甲酯复合辛伐他汀骨水泥的方法，该方法包括以下的步骤：辛伐他汀粉末于聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥中均匀混合，后加入骨水泥液态单体，充分搅拌后注入塑料模具，固化后取出。

作为优选，聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥和聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥液态单体的质量比为1:1~3:1。

本发明通过载荷辛伐他汀骨水泥缓释系统可以提高辛伐他汀的生物利用度，降低系统给药的全身不良反应。辛伐他汀理化性质稳定，热稳定性高等特性使其像大多数载荷抗生素一样能耐受骨水泥聚合过程中产生的高温且易于释放。因此我们发明设计的一种新型生物活性材料辛伐他汀复合聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥，具有药物用量小，不良反应少，局部浓度高，作用时间长等优点，通过非手术方式来预防和治疗人工关节无菌性松动这一晚期并发症，具有重要的临床应用前景。经动物实验证实，本发明聚甲基丙烯酸甲酯复合辛伐他汀骨水泥具有显著的抑制钛颗粒介导的假体周围骨溶解和炎症反应，提高假体-骨界面骨密度和骨量分数，提高假体-骨界面抗剪切强度和稳定性，提示辛伐他汀复合聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥有效抑制钛颗粒诱导假体周围骨溶解，有望用于人工关节无菌性松动的防治。

附图说明

图1 假体周围界膜组织观察（HE染色 ×100） A：阳性对照组，可见明显的骨吸收，炎性界膜组织和钛颗粒，骨小梁连续性中断；B﹑C和D，辛伐他汀复合聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥局部治疗组（0.5 wt%，1.0 wt%，1.5 wt%）。

具体实施方式

1.实验设计和分组

成年雄性新西兰兔28只，术前适应性饲养一周，按照体重随机均分成4组：阳性对照组：给予钛颗粒干预但无药物治疗；局部治疗组：给予钛颗粒干预，同时加载质量分数分别为0.5 wt%，1 wt%和1.5 wt%的辛伐他汀作为局部给药组，兔股骨远端植入聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥棒模拟骨水泥型关节置换术，术中股骨髓腔和术后2﹑4﹑6周两膝关节腔分别注射钛颗粒构建无菌性松动模型。

2.材料和仪器

丙烯酸骨水泥均为市售CMW Endurance骨水泥，（Depuy Int., Leeds, UK）。聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）成分，包装内包括40 g PMMA粉末一包，MMA液态单体一支20 mL。

辛伐他汀标准品，中国生物药品生物制品检定所，磷酸盐缓冲溶液（PBS, 含NaCl8.00 g、Na₂HPO₄ 2.38 g、KH₂PO₄ 0.19 g, pH 7.4）。

股骨-骨水泥界面剪切应力测试材料实验机，浙江大学航空航天学院材料力学实验室提供（Zwick/Roell Z2.5, Zwick GmbH & Co., Ulm, Germany）。

钛颗粒：阿法埃莎（天津）化学有限公司提供（Catalog: 00681, Lot: H08N21,Johnson Matthey Co., Ward Hill, MA, USA）。

新西兰兔由浙江省农科院实验动物中心提供。

双能X线骨密度仪，浙江大学医学院附属邵逸夫医院提供（DEXA, Lunar DXP-IQ,Lunar Corporation, Madison, WI, USA; Software DPX-IQ X-Ray Bone Densitometerwith SmartScan TM Version 4.7e）。

Olympus光学显微镜，浙江大学骨科实验室提供（Olympus BX51, OlympusOptical Co. Ltd., Tokyo, Japan）。

骨量分数定量分析系统：Image-pro plus 6.0图像分析系统（Media CyberneticsInc., Silver Spring, MA, USA）

钛颗粒内毒素检测试剂盒：厦门鲎试剂厂（Chromogenic End-point TAL with aDiazo coupling kit, Xiamen Houshiji Co., Fujian, China）。

3%戊巴比妥钠，1%透明质酸钠溶液上海生工生物工程公司提供。EDTA脱钙液，北京中衫金桥有限公司提供。

3.方法

3.1辛伐他汀骨水泥材料制备

分别将201 mg，404 mg和609 mg的辛伐他汀粉末于PMMA 40 g中均匀混合，后加入18.88 g骨水泥液态单体，充分搅拌后注入塑料模具（内径3.2 mm），固化20 min后取出，即为质量分数分别为0.5 wt%，1 wt%，1.5 wt%的辛伐他汀骨水泥试件，待骨水泥完全固化后加工试件成均一圆柱体（长度15 mm；直径3.2 mm），经目测和X线摄片剔除内部孔隙大于1mm的试件。所有试件术前环氧乙烷消毒1 h后置于无菌密封塑料袋中，4℃冰箱保存。

3.2 钛颗粒悬液制备和检测

将纯钛颗粒置入70%酒精中振荡洗浴24小时，后加无水酒精浸泡过夜，无菌磷酸盐缓冲溶液清洗三次后干燥，将颗粒加入载体溶液（1%透明质酸钠溶液：PBS溶液=1：3）配成1.2×10⁸/mL悬液，经高压蒸汽消毒后4 °C冰箱保存。另取2 mL颗粒悬液根据鲎试剂检测试剂盒检测颗粒内毒素活性，证实内毒素活性小于0.25 EU/mL。

3.3 无菌性松动模型构建手术

3%戊巴比妥钠（1 mL/kg）兔耳缘静脉麻醉后，膝关节剃毛消毒，膝关节前内侧切口分层切开皮肤、皮下组织、深筋膜和关节囊，髌骨前外侧脱位，屈曲膝关节暴露股骨下缘，低速电钻平行股骨长轴方向于股骨髁间嵴处钻一骨隧道（直径3.2 mm，深度15 mm）。5 mL冰冻生理盐水反复冲洗隧道止血，A组注入透明质酸钠和PBS混合载体溶液0.3 mL，余组注射等量钛颗粒悬液（约含钛颗粒3.6 × 10⁷）。后压配式置入丙烯酸骨水泥试件。复位髌骨后4号线逐层缝合。术前30 min和术后肌注青霉素40万单位，术后予糖盐水150 mL静脉滴注弥补术中体液丢失。麻醉清醒后送回动物房，分笼饲养。青霉素预防感染7天，肌注每天2次，每次40万单位。术后2、4、6周两侧膝关节腔注射钛颗粒悬液（约含钛颗粒7.2 × 10⁷）。

3.4 标本制备和保存

术后8周过量麻醉法处死所有动物，解剖两侧股骨，剔净周围软组织和表面的钛颗粒残余。所有标本立即行钼靶X线摄片，观察假体位置。左侧股骨生理盐水纱布包裹后置于-20℃冰箱保存，拟行假体周围骨密度和界面剪切应力测试；右侧股骨置于10%中性福尔马林溶液中固定，行骨组织形态学观察和骨量分数定量分析。

3.5 假体周围骨密度测试

将股骨仰置于有机玻璃板上，双能X线骨密度仪测量各组假体周围骨密度。扫描速度10mm/min，步距1.0 mm×1.0 mm，精确度和准确度均为1.0%。利用该系统自带的小动物感兴趣软件（DPX-4.7e）进行定标分析，测量假体周围骨密度值。

3.6 股骨-骨水泥界面剪切应力测试

骨密度测试后行界面剪切应力分析。定制夹具固定股骨标本，调整股骨纵轴方向使骨水泥假体与载荷方向一致，调零后加载轴向压缩压力，预载荷2 N，加载速率5 mm/min，载荷方向从股骨远端至股骨近端，测试时生理盐水反复浇灌保持股骨湿润。记录压力-位移曲线，直至界面位移达5 mm时停止载荷，记录此时最大载荷值即界面最大剪切力F_max（N）。

3.7 骨组织形态学观察和分析

股骨标本10％中性甲醛固定3 d，脱钙4 d后系列酒精脱水，取出骨水泥试件后行石蜡包埋，LeicaRM2135切片机垂直股骨长轴连续切片（切片间隔100 µm），切片均位于假体头部以远2-4 mm，层厚3.5 µm，每一个股骨标本切片5张，后行苏木精-伊红（HE）染色，Olympus光学显微镜下观察假体周围界膜和骨小梁形态结构。

留存图片进行骨量分数定量分析。Image-pro plus 6.0图像分析软件分别选取图片中红色部分（骨小梁）并计算像素面积大小，后计算图片总像素面积大小，依据公式计算骨量分数：骨小梁像素面积/切片像素面积× 100%。

3.8 统计学分析

正态分布的计量资料以x ± s 表示, 偏态分布的以M ± Q 表示。各组行单因素方差分析及两两间LSD-t检验。p < 0.05 为差异有统计学意义。

如图1所示，假体周围界膜组织观察（HE染色 ×100） A：阳性对照组，可见明显的骨吸收，炎性界膜组织和钛颗粒，骨小梁连续性中断；B﹑C和D，辛伐他汀复合聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥局部治疗组（0.5 wt%，1.0 wt%，1.5 wt%），假体周围无明显界膜组织及骨溶解。提示局部辛伐他汀载荷后抑制钛颗粒介导的假体周围炎症反应和骨溶解。

4.结果

如表1所示，复合加载不同质量分数的辛伐他汀聚甲基丙烯酸骨水泥组剂量依赖性的提高假体骨密度，骨小梁骨量分数和假体-骨界面抗剪切强度，抑制假体周围骨量丢失同时提高假体固定强度。*与阳性对照组比较，p <0.05,LSD-t检验。

表1辛伐他汀聚甲基丙烯酸骨水泥对骨密度，骨量分数和界面抗剪切强度的影响（N=7,x ± s ）

Claims

1.聚甲基丙烯酸甲酯复合辛伐他汀骨水泥用于制备假体周围骨溶解和炎症反应的药物中的应用。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，辛伐他汀粉末均匀分散在聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥中，辛伐他汀粉末的质量分数为0.2~2.0 wt%。

3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，辛伐他汀粉末的质量分数为0.5~1.5 wt%。

4.聚甲基丙烯酸甲酯复合辛伐他汀骨水泥用于制备人工关节无菌性松动的药物中的应用。

5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，辛伐他汀粉末均匀分散在聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥中，辛伐他汀粉末的质量分数为0.2~2.0 wt%。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，辛伐他汀粉末的质量分数为0.5~1.5 wt%。

7.聚甲基丙烯酸甲酯复合辛伐他汀骨水泥，其特征在于，辛伐他汀粉末均匀分散在聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥和/或骨水泥预聚物中，辛伐他汀粉末的质量分数为0.2~2.0 wt%。

8.根据权利要求1所述的聚甲基丙烯酸甲酯复合辛伐他汀骨水泥，其特征在于，辛伐他汀粉末的质量分数为0.5~1.5 wt%。

9.权利要求7或8所述的聚甲基丙烯酸甲酯复合辛伐他汀骨水泥的制备方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：辛伐他汀粉末于聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥中均匀混合，后加入骨水泥液态单体，充分搅拌后注入塑料模具，固化后取出。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥和聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥液态单体的质量比为1:1~3:1。