贻贝启发的抗菌骨粘合剂的制备与性能

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.230045

摘要/Abstract

摘要：

骨粘合剂因其快速且稳定的骨粘结性能而受到广泛关注。然而，商用粘合剂的较差生物相容性所导致的不良反应限制了其广泛使用。基于贻贝粘附剂的启发，利用氧化透明质酸（OHA）、单宁酸（TA）与聚赖氨酸（PL）三者共混制备了一种生物相容性良好的双交联网络抗菌骨粘合剂。该粘合剂的粘合粘结强度~450 kPa，搭接粘结强度为~250 kPa，其优异的粘附性能，自愈合性与可注射性可以满足多种临床应用场景，其良好的体外生物相容性为骨细胞增殖和组织愈合提供了稳定的生长环境。此外，单宁酸的抗菌性能使该粘合剂可杀死95%以上的金黄葡萄球菌与大肠杆菌，降低了骨折处发生细菌感染的风险。

关键词: 双交联网络骨粘合剂, 贻贝仿生, 可注射性, 生物相容性, 抗菌性

Abstract:

As one of the most commonly occurred trauma conditions， bone fractures have harmed the health of tens of millions of people. Bone adhesives have attracted wide attention due to the excellent adhesive property， however， poor biocompatibility may become a barrier hindering fracture healing， which restricts the wide use of bone adhesives. Inspired by mussel， a novel antibacterial bone adhesive is fabricated by blending the oxidized hyaluronic acid with tannic （TA） and poly-ε-lysine （PL）. Due to the electrostatic interaction and dynamic covalent bond， the bone adhesive exhibits prominent adhesive， self-healing and injectable prosperities， which could meet the different needs of clinical applications. The great cytocompatibility of the adhesive could offer an environment suitable for bone tissue healing. Moreover， the antibacterial activity of the adhesive that provided by TA could decrease the risk of bacterial infection at the site of fracture.

Key words: Dual-network bone adhesive, Mussel-inspired, Injectability, Biocompatibility, Antibacterial activity

中图分类号:

O636

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图/表 6

图1 （A）骨粘合剂的制备示意图；（B） OHA的合成示意图；（C） HA与OHA的FT-IR谱图；（D） HA与OHA的核磁共振氢谱

Fig.1 （A） Schematic illustration of fabrication of bone adhesive；（B） Schematic illustration of the synthesis of OHA；（C） FT-IR spectra of HA and OHA；（D） 1H NMR spectra of HA and OHA

图2 （A） OHA@PL骨粘合剂的红外光谱图；（B） OHA@PL@TA凝胶时间的流变学分析；（C）不同TA质量分数条件下OHA@PL@TA的频率扫描图；（D） OHA@PL@TA的应变扫描图；（E） OHA@PL@TA的振荡应变扫描图；（F） OHA@PL@TA的剪切速率与粘度关系图

Fig.2 （A） FT-IR spectra of OHA@PL；（B） Gelation process monitoring of OHA@PL@TA by rheological analysis；（C） Amplitude sweep results of OHA@PL@TA with different mass fraction of TA；（D） Strain sweep results of OHA@PL@TA；（E） Oscillation strain sweep of OHA@PL@TA followed by time sweep with high strains and low strains；（F） Viscosity change of OHA@PL@TA with the increase of shear rate

图3 （A）搭接剪切强度试验示意图；在PL的质量分数分别为3%（B）、4%（C）、5%（D）、6%（E）与7%（F）时，不同TA质量分数条件下OHA@PL@TA的搭接剪切粘附强度（***表示P＜0.001， ns表示P＞0.05， n=3）

Fig.3 （A） Experiment set-up of lap-shear adhesion strength test. The lap-shear adhesion strength of OHA@PL@TA with different of the concentration of TA， when the concentration of PL respectively was 3%（B）， 4%（C）， 5%（D）， 6%（E） and 7%（F）（***represents P＜0. 001，ns represents P＞0.05， n=3）

图4 （A）叠合拉伸强度试验示意图；在PL的质量分数分别为3%（B）、4%（C）、5%（D）、6%（E）与7%（F）时，不同TA质量分数条件下OHA@PL@TA的叠合拉伸粘附强度（*代表P＜0.05，***P＜0. 001， ns代表P＞0.05， n=3）

Fig.4 （A） Experiment set-up of end-to-end adhesion strength test. The end-to-end adhesion strength of OHA@PL@TA with different of the concentration of TA， when the concentration of PL respectively was 3%（B）， 4%（C）， 5%（D）， 6%（E） and 7%（F）（*represents P＜0.05，***represents P＜0.001，ns represents P＞0.05， n=3）

图5 （A）样品与金黄色葡萄球菌共培养后存活细菌的琼脂平板图；（B）样品与大肠杆菌共培养后存活细菌的琼脂平板图；样品在金黄色葡萄球菌（C）与大肠杆菌（D）中的抑菌圈图（其中，圈1、2、3和4分别表示空白组、OHA组、OHA@PL组和OHA@PL@TA组）；样品与金黄色葡萄球菌（E）与大肠杆菌（F）共培养后存活细菌的定量图（***P＜0.001， n=3）

Fig.5 （A） Images of survival S.aureus clones on the culture plate after being co-cultured with samples；（B） Images of survival E.coil clones on the culture plate after being co-cultured with samples；（C） S.aureus and （D） E.coli with filtering papers incubated with leach liquor of samples placed on the agar petri dish to analyse the inhibition zone （Zone 1， 2， 3 and 4 stand for control， OHA， OHA@PL and OHA@PL@TA group， respectively）. Quantitative results of S.aureus（E） and E.coli（F） co-cultured with PBS and those samples， respectively （***represents P＜0.001， n=3）

图6 （A）样品浸提液处理24 h后的细胞Live/Dead荧光染色图；（B）样品浸提液处理24 h后的细胞活力统计图（ns代表P＞0.05， n=3）

Fig.6 （A） Live/Dead staining of MC-3T3 after treating with samples for 24 h；（B） Cell viability of MC-3T3 treated with samples for 24 h （ns represents P＞0.05， n=3）

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