一种具备抗感染能力的高分子人工硬脑膜及其制备方法

摘要

本发明涉及一种具备抗感染能力的高分子人工硬脑膜及其制备方法，该人工硬脑膜由双层膨化聚四氟乙烯膜和聚乳酸－抗生素药物涂层构成，所述的双层膨化聚四氟乙烯膜包括防粘连层、细胞附着层：所述的防粘连层朝内，孔径为3微米以下；所述的细胞附着层朝外，孔径为10微米以上，所述聚乳酸－抗生素药物涂层附着于双层膨化聚四氟乙烯膜内外表面。该人工硬脑膜具有与硬脑膜近似的厚度、弹性及抗张能力，能防止脑脊液渗漏和皮层粘连，同时有无毒、无免疫原性、生物相容性好以及不会传染疾病的特点。该人工硬脑膜除表面抗生素的短期快速释放以外，也在聚乳酸分解过程中缓慢释放抗生素，形成持久的膜周抗生素微环境，可降低脑膜修补术后感染的发生。

说明书

技术领域

本发明涉及生物医学技术领域，特别涉及一种具备抗感染能力的高分子人工硬脑膜及其制备方法。

背景技术

硬脑膜是一种厚而坚韧的双层纤维膜，具有保护脑和脊髓的作用。外伤及颅脑手术经常导致硬脑膜缺损，而脑膜缺损必须加以修补以防脑脊液漏、脑膨出，且需避免发生皮下积液、皮层粘连及颅内感染等并发症。目前用于修复硬脑膜的材料主要为自体或生物来源的材料，包括胶原、纤维素膜、心包膜等，以及各种合成材料，包括金属材料、硅橡胶、聚酯、聚乙烯等。

理想的脑膜修补材料需要具有一定的弹性和稳定性，以防止脑脊液渗漏和皮层粘连，同时也需具有无毒、无免疫原性、生物相容性好以及不会传染疾病的特点。然而，目前所有的脑膜修补材料都存在一定的缺陷。自体筋膜虽符合上述所有要求，但是自体筋膜取材有限，易导致原有组织结构的破坏，且容易发生粘连、引起术后癫痫。生物来源的材料如牛心包虽然得到了广泛应用，但其在免疫原性、疾病传播等方面具有潜在风险且容易发生皮层粘连；胶原蛋白也存在免疫排斥的问题，同时修补后容易被吸收，难以起到长久的隔离皮层和皮下组织的作用，不利于颅骨修补。人工合成的高分子材料中，可吸收材料由于脑膜本身生长能力有限，无法在材料吸收前完成缺损区的脑膜化，所以无法很好地应用于临床；在不可吸收材料中，考虑到人工脑膜的性能、稳定性及安全性，目前也只有少数材料如聚四氟乙烯能满足上述要求，然而目前广泛用于临床的单层聚四氟乙烯膜仍存在背向脑膜面细胞、纤维难以附著而容易发生积液、术后感染等问题。

此外，对颅脑手术感染的控制往往通过预防性静脉使用抗生素，但目前的感染率仍高达 4％左右，且一旦发生感染则难以控制，甚至有许多病人因为术后颅内感染而死亡。由于存在血脑屏障，许多药物无法对颅内细菌起到杀灭作用，感染发生后通过静脉给药所能选择的药物较为受限，同时脑膜修补材料起到了细菌培养基的作用，因此脑膜修补后一旦发生感染，控制极为困难，有时甚至需要再次手术将人工脑膜去除。目前的人工脑膜一般不含抗生素，脑膜修补后发生感染的可能性明显高于自体筋膜修补，且感染后难以控制。

上述问题的存在，很大程度上限制了人工脑膜的使用，使患者无法得到良好的治疗。在此情况下，一种具有与硬脑膜近似的厚度、弹性及抗张能力，能防止脑脊液渗漏和皮层粘连，同时有无毒、无免疫原性、生物相容性好以及不会传染疾病的特点，又能形成持久的膜周抗生素微环境，可降低脑膜修补术后感染的发生的人工脑膜，显得尤为重要。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供一种具备抗感染能力的高分子人工硬脑膜及其制备方法。该人工硬脑膜包括双层膨化聚四氟乙烯膜防粘连层、双层膨化聚四氟乙烯膜细胞附着层、聚乳酸－抗生素药物涂层内覆盖层、聚乳酸－抗生素药物涂层外覆盖层。该人工硬脑膜由双层膨化聚四氟乙烯膜构成，具有与硬脑膜近似的厚度、弹性及抗张能力，能防止脑脊液渗漏和皮层粘连；同时有无毒、无免疫原性、生物相容性好以及不会传染疾病的特点。该人工硬脑膜还具备聚乳酸－抗生素药物涂层，除表面抗生素的短期快速释放以外，在聚乳酸分解过程中还能缓慢释放抗生素，形成持久的膜周抗生素微环境，可降低脑膜修补术后感染的发生。

本发明是通过以下技术方案达到上述目的：一种具备抗感染能力的高分子人工硬脑膜，由双层膨化聚四氟乙烯膜，及聚乳酸－抗生素药物涂层构成，所述的双层膨化聚四氟乙烯膜包括防粘连层、细胞附着层，所述的防粘连层朝内，孔径为3微米以下，所述的细胞附着层朝外，孔径为10微米以上，所述聚乳酸－抗生素药物涂层附着于双层膨化聚四氟乙烯膜内外表面。

该人工硬脑膜的制备方法包括以下步骤：

(1)制备孔径为3微米以下的膨化聚四氟乙烯膜作防粘连层；

(2)制备孔径为10微米以上的膨化聚四氟乙烯膜作细胞附着层；

(3)采用热压技术将双层膜粘合；

(4)取聚乳酸溶解于酸乙酯，制成聚乳酸－乙酸乙酯溶剂系统；

(5)在聚乳酸－乙酸乙酯溶剂系统内按比例加入抗生素，制成均匀相混合溶液；

(6)将双层膨化聚四氟乙烯膜浸没于混合溶液中10分钟，取出晾干，重复该过程三次，等溶剂挥发后在膜表面形成聚乳酸-抗生素涂层。

作为优选，双层膨化聚四氟乙烯膜层厚为0.25微米。

作为优选，双层膨化聚四氟乙烯膜的纤维直径在2－10微米之间。

作为优选，所述药物是任何一种抗生素及几种抗生素的混合物。

作为优选，步骤(3)所述的热压技术，其工艺条件为2.5MPa、350℃。

作为优选，步骤(3)所述的双层膜，经过热压粘合后，双层膜中间形成过渡带，过渡带孔径控制在1微米以下。

作为优选，步骤(4)所述的聚乳酸－乙酸乙酯溶剂系统，其溶剂用量为1.0g聚乳酸、 10ml乙酸乙酯。

作为优选，步骤(5)所述的均匀相混合溶液，为5％的均匀相混合溶液。

作为优选，该制备方法的制备过程均在无菌条件下进行。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明的双层膨化聚四氟乙烯膜的厚度、弹性、抗张性能及防渗漏性能参数均与人体脑膜进行比较，并以人体脑膜的参数为标准制备。

(2)本发明具有膨化聚四氟乙烯双层膜结构，内层为防粘连层，孔径在3微米以下，可有效防止皮层粘连；外层为细胞附着层，孔径在10微米以上，有利于成纤维细胞附着并分泌胶原纤维、弹力纤维，避免膜外死腔形成，降低皮下积液、感染概率。该材料不含有任何生物来源的成分、没有外源细胞和蛋白，避免发生免疫排斥及疾病传播的风险。

(3)本发明同时使用聚乳酸－抗生素药物涂层技术，将庆大霉素/利福平等抗生素均匀分布于膨化聚四氟乙烯膜表面，表面的抗生素在该人工脑膜置于体内后短期内快速释放，剩余抗生素随聚乳酸的分解进一步缓慢释放，产生持续的膜周抗生素微环境；相比单纯膨化聚四氟乙烯膜，可有效降低脑膜修补术后颅内感染的发生。

(4)本发明还利用热压粘合技术制备双层聚四氟乙烯膜，避免使用其他材料作为粘合层，保证了材料的单一性、生物安全性和稳定性；同时孔径小于1微米中间过渡带可有效防止外层纤维通过膜孔进入内层。

(5)膨化聚四氟乙烯膜材料来源充分，生产时间短，贮存运输简单，产品质量易于控制，生产标准容易实现，可实现低成本、高效率的产业化生产。

附图说明

图1是本发明的截面示意图；

图中：1表示防粘连层，2表示细胞附着层，3、4表示聚乳酸－抗生素药物涂层。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行说明，但本发明并不局限于此。

实施例1：通过将抗生素溶于聚乳酸－乙酸乙酯溶剂体系制得混合溶液，通过溶液浇铸法在双层膨化聚四氟乙烯膜表面形成涂层。该涂层可依据具体情况选择不同类型的抗生素，可选自头孢类、磺胺类、喹诺酮类、头霉素类等。整个制备过程均在无菌状态下进行，制得的人工硬脑膜经清洗、灭菌、包装后贮存。

实施例2：本实施例与实施例1的不同之处在于，采用热压技术将双层膜粘合后，不再附着聚乳酸－抗生素药物涂层。

实施例3：本实施例与实施例1的不同之处在于，由于脑膜修补术后颅内感染多为革兰氏阳性菌如金黄色葡萄球菌等，结合抗生素透过血脑屏障的能力以及目前临床抗生素使用对颅内感染的有效性，聚乳酸－抗生素药物涂层所选抗生素为庆大霉素，该聚乳酸－抗生素药物涂层为聚乳酸－庆大霉素涂层。

实施例4：本实施例与实施例3的不同之处在于，聚乳酸－抗生素药物涂层所选抗生素为利福平，该聚乳酸－抗生素药物涂层为聚乳酸－利福平涂层。

实施例5：本实施例与上述实施例的不同之处在于，本实施例采用实施例1、2、3、4制备的硬脑膜进行防渗漏测试：将硬脑膜以带4－0丝线的小号圆针穿过，留1厘米长4－0丝线于针孔处。将上述制备好带有丝线的硬脑膜放于渗漏测试仪内，其一边为正常气压下空气，另一侧为正常压力纯水；在纯水侧逐渐增加压力，待出现纯水渗漏到空气侧时记录压力，即为渗透压力。

实施例6：本实施例与上述实施例的不同之处在于，本实施例采用实施例1、2、3、4制备的硬脑膜进行体外抑菌试验：将金黄色葡萄球菌于37℃血平板培养18小时达对数生长期，用生理盐水制成菌悬液，用分光光度滴定法将细菌浓度调至1.5×10

实施例7：本实施例与上述实施例的不同之处在于，本实施例采用实施例2制备的硬脑膜进行新西兰兔动物实验：实验动物雌雄不限，共5只。以氯胺酮肌肉注射麻醉，剃毛后将动物置于专用手术台上。2％碘酒和75％酒精消毒。动物头顶正中纵向切开头皮，剥离器分离骨膜，暴露双顶部颅骨板，用高速磨钻磨开颅骨，双侧顶部形成骨窗，用小剪刀剪掉双侧顶部3厘米×3厘米大小的矩形硬脑膜，制造局部硬脑膜缺损。在暴露的皮层表面电灼，造成 6个1微米×1微米大小的损伤点。将本发明实施例2所制备的人工脑膜修剪成相应形状及尺寸的修补材料，防粘连层面向脑表面，用4-0无损伤丝线间断缝合，针距4微米，修补兔顶部脑膜的缺损。用圆针4号丝线缝合肌肉。

术后对动物进行常规的喂养及观察：术后动物恢复良好，切口愈合良好，无脑脊液漏，无癫痫发生。术后进食进水正常，无运动障碍，存活至预订期限。术后15个月，动物以手术部位为中心，在大于手术部位1厘米范围切取标本，使其包括人工脑膜、周边硬脑膜及内面的脑组织。打开头皮后，发现皮下组织和人工硬脑膜表面有粘连，但不紧密；显微镜下观察成纤维细胞及胶原纤维生长入脑膜表面，但无出血等排异反应。人工脑膜和硬脑膜连接处对合平整，结缔组织覆盖完全，无缝隙；人工脑膜内面光滑，与脑皮层表面无粘连。

实施例8：本实施例与上述实施例的不同之处在于，本实施例采用实施例1制备的硬脑膜进行新西兰兔动物实验：实验动物雌雄不限，共5只。以氯胺酮肌肉注射麻醉，剃毛后将动物置于专用手术台上。2％碘酒和75％酒精消毒。动物头顶正中纵向切开头皮，剥离器分离骨膜，暴露双顶部颅骨板，用告诉磨钻磨开颅骨，双侧顶部形成骨窗，用小剪刀剪掉双侧顶部3厘米×3厘米大小的矩形硬脑膜，制造局部硬脑膜缺损。在暴露的皮层表面电灼，造成 6个1微米×1微米大小的损伤点。将本发明实施例1所制备的人工脑膜修剪成相应形状及尺寸的修补材料，防粘连层面向脑表面，用4-0无损伤丝线间断缝合，针距4微米，修补兔顶部脑膜的缺损。用圆针4号丝线缝合肌肉。

术后对动物进行常规的喂养及观察：术后动物恢复良好，切口愈合良好，无脑脊液漏，无癫痫发生。术后进食进水正常，无运动障碍，存活至预订期限。术后15个月，动物以手术部位为中心，在大于手术部位1厘米范围切取标本，使其包括人工脑膜、周边硬脑膜及内面的脑组织。打开头皮后，发现皮下组织和人工硬脑膜表面有粘连，但不紧密；显微镜下观察成纤维细胞及胶原纤维生长入脑膜表面，但无出血等排异反应。人工脑膜和硬脑膜连接处对合平整，结缔组织覆盖完全，无缝隙；人工脑膜内面光滑，与脑皮层表面无粘连。扫描电镜观察人工脑膜内外两面发现聚乳酸涂层已完全消失。

实施例9：本实施例与上述实施例的不同之处在于，本实施例采用实施例1、3、4制备的硬脑膜进行新西兰分组动物实验：取30只新西兰兔分为三组，每组各10只。如实施例6建立脑膜缺损模型并以实施例1、3、4制备的硬脑膜进行修补。第一组修补所用为实施例1制备的人工硬脑膜，第二组为实施例3制备的人工硬脑膜，第三组修补所用为实施例4制备的人工硬脑膜。

术后观察：第一组术后四周内有2只动物出现颅内感染。第二、三组实验动物术后四周无颅内感染发生。术后15个月，动物以手术部位为中心，在大于手术部位1厘米范围切取标本，使其包括人工脑膜、周边硬脑膜及内面的脑组织。打开头皮后，三组均发现皮下组织和人工硬脑膜表面有粘连，但不紧密；显微镜下观察成纤维细胞及胶原纤维生长入脑膜表面，但无出血等排异反应。人工脑膜和硬脑膜连接处对合平整，结缔组织覆盖完全，无缝隙；人工脑膜内面光滑，与脑皮层表面无粘连。

以上的所述乃是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，若依本发明的构想所作的改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，仍应属本发明的保护范围。