感染和抗菌骨水泥
微生物在特定区域诱导感染的可能性取决于该位置的环境条件。骨科后感染的最常见原因是金黄色葡萄球菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌；更近期，鲍曼不动杆菌引起担忧。本工作中测试细菌的选择基于这样的概念。
这里采用的抗菌方案基于假设细菌在初始接触悬浮液期间附着到骨水泥样品；能够存活抗菌化合物的细胞脱离并能够在稀释肉汤中生长。使用这种悬浮液的生长曲线被记录；嵌入骨水泥中的纳米颗粒的抗菌活性与生长曲线滞后期长度正相关。样品之间的变化由暴露细菌后24小时孵育后含有骨水泥样品的肉汤中的初始细菌浓度决定。此外，存活细菌暴露于增加浓度纳米颗粒的生长速率降低表明抗菌效果不仅限于可行微生物种群的减少，而且也是指示可行细胞没有表现出与接触对羟基苯甲酸酯纳米颗粒的细胞相同表型。这种较慢生长速率可能归因于不可逆细胞损伤或从骨水泥样品释放亚致死量的抗菌剂。
嵌入骨水泥中的对羟基苯甲酸酯纳米颗粒的功效出现遵循以下模式：透钙磷石膏 > 羟基磷灰石 > PMMA。这可能归因于材料的不同凝固温度，因为这是两种骨水泥类型之间最显著差异之一。对于钙磷酸盐水泥，这通常是体温，而对于PMMA，温度在凝固期间可达70°C-80°C。聚合是放热反应，并且是骨水泥和骨之间界面处骨损伤的主要原因。对羟基苯甲酸酯是热稳定的，因此温度单独不能解释这种活性降低；然而，自由基可以与对羟基苯甲酸酯分子相互作用并导致这些分子降解，因此骨水泥凝固后剩余的有效量低于初始量，需要在PMMA骨水泥中使用更大剂量才能达到与钙磷酸盐水泥相同的结果。此外，骨水泥的不同孔隙率可能是抗菌剂释放差异的原因。
庆大霉素和妥布霉素是PMMA骨水泥中最常用的抗生素，因为它们的热稳定性和广谱性；它们对β-内酰胺耐药菌株如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌有效。然而，本工作中测试的表皮葡萄球菌菌株如RP62a和各种鲍曼不动杆菌对这些药物耐药，当涉及此类菌株时，使得这两种抗生素的使用无效。我们测试了三种类型的骨水泥补充庆大霉素2% w/w对抗四种病原体，表皮葡萄球菌的生长未被阻止。我们的结果表明，由丙基对羟基苯甲酸酯制成的有机纳米颗粒对多种细菌有效，包括骨科感染中发现的抗生素耐药菌株；因此，这些有机纳米颗粒的使用不仅可以提供抗生素的可能替代品，还可以解决与抗生素耐药性相关的问题。此外，提供有效抗菌活性所需的对羟基苯甲酸酯纳米颗粒的量与使用的庆大霉素和妥布霉素的量相似，并且显著低于其他抗菌剂，如壳聚糖和季铵化壳聚糖衍生物，后者需要约20%-30% w/w。
尽管提供抗菌活性，为了成为可行选项，有机纳米颗粒必须不诱导对骨水泥其他特性的负面影响。为此原因，含有足够量纳米颗粒以展示抗菌能力的骨水泥的细胞毒性和抗压强度被确定。结果表明纳米颗粒对这两个基本特性没有不利影响。
从骨水泥样品释放丙基对羟基苯甲酸酯展示了典型的洗脱曲线。然而，样品的抗菌活性出现不 exclusively 依赖于释放的对羟基苯甲酸酯量。例如，含有7% w/w纳米颗粒的PMMA与透钙磷石膏中1% w/w一样有效，但返回介质中较低浓度。由于本工作中用于评估抗菌活性的协议基于附着到样品表面的细胞的存活，那么对于材料展示抗菌活性，不需要问题药物洗脱。丙基对羟基苯甲酸酯的疏水性可能是其在PMMA和水之间分配时介质中低浓度的原因。此外，没有丙基对羟基苯甲酸酯保留嵌入样品中，因为累积释放达到初始量的100%；然而，这不是PMMA的情况，其中仅约5%被释放。其他抗菌化合物（如抗生素）在PMMA骨水泥中的截留是众所周知的现象，并且在我们的特定情况下，它可能是丙基对羟基苯甲酸酯的疏水性或其 during the polymerization 的失活的结果。
骨水泥材料特性
骨水泥发展最终机械性能所需的时间（凝固时间）是一个关键参数，它决定了手术应用期间和患者恢复后的操作流程。因此，将对羟基苯甲酸酯纳米颗粒引入骨水泥配方中，不能导致其凝固时间与含有常用庆大霉素（2% w/w）的骨水泥有显著差异。我们已通过流变学测试证明（图8），与庆大霉素相比，当存在对羟基苯甲酸酯纳米颗粒时，所有三种类型骨水泥的凝固时间都稍长一些，而流变学测试是研究骨水泥配方的标准程序。新型抗菌剂的使用似乎不会改变目前已建立的骨水泥应用流程。我们检测到的曲线也与其他研究者提出的结果相当，特别是PMMA骨水泥的G′和G″值相似。
结论
对羟基苯甲酸酯是非抗生素类抗菌化合物，广泛用于消费品中，并且被认为是安全的，因为没有发现令人满意的证据表明其与不良影响有任何可能的联系。
我们在这项工作中证明，由对羟基苯甲酸酯制成的纳米颗粒可以用于骨水泥中以防止感染的发生。其效果取决于骨水泥的类型，例如，钙磷酸盐骨水泥需要比对羟基苯甲酸酯的量少于丙烯酸类型（PMMA），这是因为前者的凝固温度较低。我们的结果证明，对羟基苯甲酸酯可以作为抗生素的替代品用于骨水泥中，而抗生素的活性由于抗生素耐药微生物的增加而逐渐下降。此外，对羟基苯甲酸酯纳米颗粒对已经对骨水泥中某些常用抗生素耐药的细菌菌株也有效。当添加对羟基苯甲酸酯纳米颗粒时，未检测到对骨水泥的抗压强度或细胞毒性的不利影响。
相关新闻推荐
1、胰岛素对昆虫病原线虫及其共生细菌伯氏致病杆菌生长、寿命的影响（二）
2、疫苗候选菌株：猪胸膜肺炎放线杆菌生长曲线、溶血活性、 耐药性测定（四）
3、益生菌靶向肠道微生物群，改善血脑屏障及其相关疾病的研究（三）