近期，北京大學第三醫院醫學骨科宋純理教授在科愛出版創辦的期刊《Bioactive Materials》發表論著：辛伐他汀羥基磷灰石涂層在內植物相關感染中防止生物膜形成和促進骨形成。研制了一種辛伐他汀羥基磷灰石涂層的鈦合金內植物，全面描述了該內植物在骨科內植物相關感染中防止生物膜形成和促進骨形成的重要作用，為臨床骨科內植物抗菌材料的開發提供了新思路。該研究得到了國家重點研發計劃和國家自然科學基金的資助。

01研究內容簡介

內植物相關感染是骨科手術嚴重的并發癥，細菌在內植物表面形成生物膜是感染發生發展的主要原因。研究表明他汀類化合物通過干擾脂質合成，破壞細菌的功能性膜結構域，進而發揮抗菌作用。課題組既往研究表明辛伐他汀的局部應用能夠有效促進骨形成，但辛伐他汀作為內植物涂層的抗菌和抗內植物相關感染的療效尚不清楚。

本研究利用電化學沉積方法在鈦合金內植物表面成功構建了辛伐他汀羥基磷灰石涂層。該涂層在體外能夠抑制鈦合金內植物表面金黃色葡萄球菌細菌生物膜的形成，同時能夠提高內植物的生物相容性，促進大鼠骨髓間充質干細胞的黏附、增殖和成骨分化。在大鼠股骨內植物相關感染模型中，辛伐他汀羥基磷灰石涂層可以有效防止內植物表面細菌生物膜的形成，預防內植物相關感染的發生，同時顯著促進了大鼠的骨形成和局部的骨整合。該研究首次全面描述了辛伐他汀羥基磷灰石涂層在骨科內植物相關感染中防止生物膜形成和促進骨形成的重要作用。本研究揭示了辛伐他汀作為內植物藥物涂層的抗菌、促成骨的多效性作用，為拓展他汀類化合物在內植物相關感染的應用提供了新的策略，為預防內植物相關感染的醫療器械的開發提供了理論依據，具有很高的臨床應用潛力。

一． 辛伐他汀抗生物膜、辛伐他汀羥基磷灰石內植物的制備和材料表征（Fig1-2）

辛伐他汀在體外能抑制表皮葡萄球菌ATCC 35984和金黃色葡萄球菌ATCC 25923細菌生長和細菌生物膜的形成，最低抑菌濃度為64 μg/ml。在256 μg/ml藥物濃度下，辛伐他汀能破壞已形成的細菌生物膜。利用電化學沉積方法成功在Ti6Al4V表面構建了辛伐他汀羥基磷灰石涂層。材料表征分析結果顯示，該涂層使得材料表面接觸角下降、表面粗糙度增加。辛伐他汀藥物可在體外有效釋放。

二． 辛伐他汀羥基磷灰石涂層體外抗生物膜、改善內植物的生物相容性（Fig3）

辛伐他汀羥基磷灰石涂層能夠抑制金黃色葡萄球菌ATCC 25923在鈦合金內植物形成細菌生物膜，有效降低了材料表面細菌CFU數量。同時，該涂層促進了大鼠骨髓間充質干細胞在內植物表面的黏附、增殖和成骨分化。

三． 辛伐他汀羥基磷灰石涂層抗感染、抑制生物膜的形成（Fig4-5）

利用金黃色葡萄球菌ATCC 25923, 制造大鼠股骨內植物相關感染模型。在體內實驗中，辛伐他汀羥基磷灰石涂層能有效降低大鼠外周血白細胞數量、降低IL-6和TNF-α炎癥因子的表達、降低骨感染X線影像學評分，預防內植物相關感染的發生。同時，該涂層內植物能有效降低細菌在內植物表面的黏附和細菌生物膜的形成，體內無明顯的生物毒性。

四． 辛伐他汀羥基磷灰石內植物在體內促進骨形成和局部骨整合（Fig-6）

辛伐他汀羥基磷灰石涂層內植物在體內能促進骨形成，改善大鼠股骨局部骨微結構和骨礦化沉積速率，降低了外周血破骨生物標志物TRAcP-5b的表達水平，提高了BALP和OPN的表達水平。同時，生物力學軸向拔出實驗結果顯示，辛伐他汀羥基磷灰石涂層有效促進了內植物局部的骨整合。

Graphical abstract

02論文第一/通訊作者簡介

第一作者：孫天童

北京大學第三醫院骨科宋純理教授課題組博士研究生，目前從事骨科內植物抗菌材料的相關研究，以第一作者發表SCI論文2篇，參與編譯骨科書籍1部。

通訊作者：宋純理

北京大學第三醫院骨科教授、研究員，博士生導師、博士后指導教師。先后在國家自然科學基金、國家863課題、國家重點研發計劃課題、教育部新世紀優秀人才支持計劃的大力支持下，探索骨質疏松、骨折愈合、骨科內植物研究。學術任職：中華醫學會骨質疏松與骨礦鹽疾病分會委員，北京醫學會骨質疏松與骨礦鹽疾病分會副主任委員，中國老年學和老年醫學學會老年骨科分會基礎學組組長。近年來以通訊作者發表SCI論文30余篇，多次在骨科領域頂級刊物JBMR，JBJS，Biomaterials等發表高質量研究論文。

03原文信息

Tiantong Sun, Jie Huang, Wang Zhang, Xuanqi Zheng, Hong Wang, Jing Liu, Huijie Leng, Wanqiong Yuan, Chunli Song.

Simvastatin-hydroxyapatite coatings prevent biofilm formation and improve bone formation in implant-associated infections.

Bioactive Materials, 21, (2023) 44-56.