近期，北京大学第三医院医学骨科宋纯理教授在科爱出版创办的期刊《Bioactive Materials》发表论著：辛伐他汀羟基磷灰石涂层在内植物相关感染中防止生物膜形成和促进骨形成。研制了一种辛伐他汀羟基磷灰石涂层的钛合金内植物，全面描述了该内植物在骨科内植物相关感染中防止生物膜形成和促进骨形成的重要作用，为临床骨科内植物抗菌材料的开发提供了新思路。该研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助。

01研究内容简介

内植物相关感染是骨科手术严重的并发症，细菌在内植物表面形成生物膜是感染发生发展的主要原因。研究表明他汀类化合物通过干扰脂质合成，破坏细菌的功能性膜结构域，进而发挥抗菌作用。课题组既往研究表明辛伐他汀的局部应用能够有效促进骨形成，但辛伐他汀作为内植物涂层的抗菌和抗内植物相关感染的疗效尚不清楚。

本研究利用电化学沉积方法在钛合金内植物表面成功构建了辛伐他汀羟基磷灰石涂层。该涂层在体外能够抑制钛合金内植物表面金黄色葡萄球菌细菌生物膜的形成，同时能够提高内植物的生物相容性，促进大鼠骨髓间充质干细胞的黏附、增殖和成骨分化。在大鼠股骨内植物相关感染模型中，辛伐他汀羟基磷灰石涂层可以有效防止内植物表面细菌生物膜的形成，预防内植物相关感染的发生，同时显著促进了大鼠的骨形成和局部的骨整合。该研究首次全面描述了辛伐他汀羟基磷灰石涂层在骨科内植物相关感染中防止生物膜形成和促进骨形成的重要作用。本研究揭示了辛伐他汀作为内植物药物涂层的抗菌、促成骨的多效性作用，为拓展他汀类化合物在内植物相关感染的应用提供了新的策略，为预防内植物相关感染的医疗器械的开发提供了理论依据，具有很高的临床应用潜力。

一． 辛伐他汀抗生物膜、辛伐他汀羟基磷灰石内植物的制备和材料表征（Fig1-2）

辛伐他汀在体外能抑制表皮葡萄球菌ATCC 35984和金黄色葡萄球菌ATCC 25923细菌生长和细菌生物膜的形成，最低抑菌浓度为64 μg/ml。在256 μg/ml药物浓度下，辛伐他汀能破坏已形成的细菌生物膜。利用电化学沉积方法成功在Ti6Al4V表面构建了辛伐他汀羟基磷灰石涂层。材料表征分析结果显示，该涂层使得材料表面接触角下降、表面粗糙度增加。辛伐他汀药物可在体外有效释放。

二． 辛伐他汀羟基磷灰石涂层体外抗生物膜、改善内植物的生物相容性（Fig3）

辛伐他汀羟基磷灰石涂层能够抑制金黄色葡萄球菌ATCC 25923在钛合金内植物形成细菌生物膜，有效降低了材料表面细菌CFU数量。同时，该涂层促进了大鼠骨髓间充质干细胞在内植物表面的黏附、增殖和成骨分化。

三． 辛伐他汀羟基磷灰石涂层抗感染、抑制生物膜的形成（Fig4-5）

利用金黄色葡萄球菌ATCC 25923, 制造大鼠股骨内植物相关感染模型。在体内实验中，辛伐他汀羟基磷灰石涂层能有效降低大鼠外周血白细胞数量、降低IL-6和TNF-α炎症因子的表达、降低骨感染X线影像学评分，预防内植物相关感染的发生。同时，该涂层内植物能有效降低细菌在内植物表面的黏附和细菌生物膜的形成，体内无明显的生物毒性。

四． 辛伐他汀羟基磷灰石内植物在体内促进骨形成和局部骨整合（Fig-6）

辛伐他汀羟基磷灰石涂层内植物在体内能促进骨形成，改善大鼠股骨局部骨微结构和骨矿化沉积速率，降低了外周血破骨生物标志物TRAcP-5b的表达水平，提高了BALP和OPN的表达水平。同时，生物力学轴向拔出实验结果显示，辛伐他汀羟基磷灰石涂层有效促进了内植物局部的骨整合。

Graphical abstract

02论文第一/通讯作者简介

第一作者：孙天童

北京大学第三医院骨科宋纯理教授课题组博士研究生，目前从事骨科内植物抗菌材料的相关研究，以第一作者发表SCI论文2篇，参与编译骨科书籍1部。

通讯作者：宋纯理

北京大学第三医院骨科教授、研究员，博士生导师、博士后指导教师。先后在国家自然科学基金、国家863课题、国家重点研发计划课题、教育部新世纪优秀人才支持计划的大力支持下，探索骨质疏松、骨折愈合、骨科内植物研究。学术任职：中华医学会骨质疏松与骨矿盐疾病分会委员，北京医学会骨质疏松与骨矿盐疾病分会副主任委员，中国老年学和老年医学学会老年骨科分会基础学组组长。近年来以通讯作者发表SCI论文30余篇，多次在骨科领域顶级刊物JBMR，JBJS，Biomaterials等发表高质量研究论文。

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.