感染性骨缺损通常因慢性骨髓炎彻底清创或开放性骨折清创所致，是骨科治疗中的一大挑战，在处理感染性骨缺损的过程中需同时面对骨缺损与感染2大问题。大量临床证据指出，骨髓炎可通过局部抗生素载体载药后进行治疗，此外，通过局部抗生素的应用也可减少开放性骨折术后的感染风险[1]。
载抗生素骨填充材料的局部应用可同时起到填充骨缺损及控制感染2方面的作用。首先，应用局部抗生素时，可在感染部位获得一个高浓度抗生素的环境，而这一点是全身抗生素难以企及的，尤其是当感染部位血供受损和/或细菌生物膜形成的情况下，全身抗生素应用难以到达并在局部形成高浓度抗生素环境。其次，全身抗生素应用时通常需要对患者的血药浓度进行监测，局部抗生素应用时吸收入循环中的抗生素非常之低[2]，不易造成全身抗生素应用时的毒性反应以及多数的药物不良反应，故而局部抗生素应用尤其适用于全身抗生素不耐受患者以及肝肾功能受损的患者。此外，局部抗生素应用时并不像全身抗生素使用时那样使全身菌群暴露于抗生素环境中，因而不易造成细菌的耐药性，这一点对于当前公共医疗中防止超级细菌的生成无疑是非常有益的。
本文目的在于回顾当前应用于骨科感染性骨缺损领域的各类抗生素载体特性及临床应用，根据其是否能够降解，大体可分为不可生物降解吸收以及可生物降解吸收2大类材料。
生物不可降解材料以PMMA为代表，是一种合成聚合物，具有理想的生物相容性及机械强度，用作抗生素载体已有近50年的历史，Buchholz和Engelbrecht等[3]及Klemm[4]分别于1970年和1979年发表关于使用载抗生素的PMMA预防和治疗慢性骨感染的报道。目前已有产品化的载低剂量庆大霉素或妥布霉素（0.5~1.0 g/40 g）的PMMA用于骨感染的预防，但由于抗生素剂量较低，尚不能进行骨髓炎的治疗[5]。也有一种载高剂量（7.5 mg庆大霉素/珠）的PMMA链珠(Septopal)，这一剂量可完全满足骨感染的治疗，不过Septopal尚未在包括美国在内的多数国家批准使用[6]。故而多数临床医生还是在术中将PMMA与抗生素手工混合塑形置入缺损部位。
随着学者对其不同作用的认识加深，当前PMMA仍被当作抗生素局部释放载体的最佳选择[7]，其最大的缺点在于不能被机体降解吸收。作为抗生素载体，PMMA可根据需要以多种形式应用，如载抗生素链珠、间隔器、载抗生素髓内钉或抗生素涂层髓内钉。PMMA作为抗生素载体应用时的特性如下：
一、结构特性
PMMA的结构特性及空间占位能力是其重要优点，也是其他类型局部抗生素载体（如抗生素粉剂、胶原蛋白或壳聚糖等）所缺乏的。骨缺损的治疗过程中，有学者发现一期置入PMMA后，可在其周围形成纤维性并呈血管化的膜性结构，这一膜性结构可分泌促血管生成及诱导成骨的生长因子[8]。二期手术取出PMMA时保留这一膜性结构的完整性，并在膜内进行植骨，利用膜性结构及其分泌的一系列生长因子可有效促进骨缺损处的骨折愈合，此即为经典的Masquelet技术，也有人称之为诱导膜技术。这一技术的缺点在于治疗周期上诱导膜生成所需时间为6~10周[9]，同时PMMA不具有生物可降解性，再加之PMMA若长期留存体内很有可能作为异物提供生物膜生长的表面，且在抗生素释放后期低于最低抑菌浓度的抗生素释放也可能会引发耐药菌的感染。故而需进行二次手术将其取出，这无疑增加了治疗费用及患者负担。因而，亟需一种更佳的局部抗生素释放载体在成功解决感染问题后，能够为机体降解吸收并有促进骨再生的作用。
二、载抗生素种类
PMMA可载一种或是多种抗生素，但PMMA混合的抗生素需具备特定的性质以能够发挥作用，此类抗生素必须：有粉剂形式；广谱细菌覆盖且耐药性小；需具有热稳定性（由于PMMA在与抗生素混合过程中具有产热效应，有些抗生素热不稳定[10]）；不破坏PMMA结构，利福平等能够清除自由基并破坏PMMA的聚合反应，故而PMMA不能载此类抗生素[11]。因而可供临床医生选择的与PMMA混合的抗生素种类有限，具备上述特征的常用抗生素有万古霉素、妥布霉素、庆大霉素、红霉素及头孢呋辛[5]。
三、抗生素释放动力学
与其他类型局部抗生素载体一样，PMMA链珠可在保证局部有较高的抗生素释放浓度而不提高全身抗生素水平。对载抗生素PMMA的抗生素释放特性研究发现，在PMMA植入后最初的48~72 h内可在局部快速释放高浓度的抗生素，但不同个体释放量有所不同[12]。在快速高浓度释放后会进入一个稳定持续释放期，持续释放期可达数周、甚至数年[13]。体外实验显示后期的抗生素释放浓度要低于有效治疗浓度（可能低于最低抑菌浓度），故而不能抑制生物膜的形成[14]。另外，也有研究显示这样一个低浓度的抗生素释放可能有利于细菌耐药性的形成[15]。抗生素的种类、制作方式、添加剂的使用均会影响PMMA的抗生素释放动力学。与载单种抗生素相比，同时载妥布霉素和万古霉素的PMMA的体外释放效能更高，但总释放量也不超过所载抗生素总量的10%，抗生素的释放也主要集中在植入后的第3~7天[16]。商品化的Septopal由于孔隙率非常高，其可释放高达35%所载的庆大霉素[16]。受此启发，学者们对混合技术进行改良或是使用填充剂以提高PMMA的孔隙率，继而提高抗生素释放效率，不过目前尚无为大家所广泛接受的术中载抗生素PMMA的制作标准流程。近期的一些研究也在关注如何提高PMMA高浓度抗生素释放的持续性及延长释放时间。其中一项研究在PMMA与抗生素混合基础上添加了聚醚F68（一种亲水性添加剂），该混合物可持续释放万古霉素约11周，其中的万古霉素几乎可100%释放，同时并未对PMMA的机械结构特性产生影响[15]。在另外一项研究中，低频超声混合技术的应用也可增加抗生素的短期及长期释放，且不对PMMA的机械结构产生影响[17]。这些新的添加剂及混合技术的应用可能使得PMMA有更高效的抗生素释放，同时也有可能拓宽其应用指征。在创伤领域中PMMA有多种应用，除了作为骨髓炎或软组织感染的治疗手段，也有文献推荐开放性骨折使用载抗生素PMMA进行局部抗生素的释放载体以预防感染。近期1项系统评价对全身静脉抗生素应用的基础上联合局部载抗生素使用对开放性胫骨骨折的治疗效果进行比较[18]。该项研究中，所有开放性胫骨骨折采用髓内钉进行处理，常规全身静脉抗生素使用，通过联合局部载抗生素各类材料，Gustilo-Anderson的5种类型开放性胫骨骨折术后感染率均显著下降。对于所有的Gustilo-Anderson Ⅲ型开放性骨折，只使用静脉抗生素的患者术后感染率为14.4%，联合使用局部PMMA的患者术后感染率为2.4%。对于ⅢB型和ⅢC型的患者，只使用静脉抗生素的患者术后感染率为31.2%，联合使用局部PMMA的患者术后感染率为8.8%。此项研究所纳入的文献，多数患者所使用的抗生素载体为PMMA，所载抗生素为万古霉素或妥布霉素，少数研究使用庆大霉素涂层的髓内钉[18]。Ostermann等[19]报道了1 085例开放性骨折分别采用局部抗生素链珠联合全身抗生素使用与单纯全身抗生素使用的治疗结果，其中单纯全身抗生素使用组患者的术后急性感染和/或慢性骨髓炎发生率为12%，局部与全身抗生素联合使用组患者为3.7%。研究人员同时指出，越严重的开放性损伤（ⅢB型骨折）通过局部载妥布霉素链珠的使用获益更大。
综上，得益于PMMA独特的优点：占位填充死腔、膜诱导性以及其他抗生素释放方式所不具备的机械特性，PMMA将继续在严重开放性骨折、感染、骨缺损及关节置换的处理上扮演重要角色。通过添加其他物质以及其混合技术的改良，可改善PMMA的抗生素释放特性，增加其有效性并扩大其适应证。
PMMA的缺点在于其不能被机体降解吸收，释放完抗生素后需进行二次手术取出。为了克服PMMA的缺点，一系列生物可吸收抗生素载体被发展用于临床，主要包含以下类型：生物陶瓷、天然高分子聚合材料、合成高分子聚合材料以及复合材料。这些材料最大的优点在于其能够被机体降解吸收，并可作为新骨长入的基质框架，因降解吸收的过程中释放抗生素故而在清除感染的同时不为生物膜提供生长表面。生物陶瓷类材料包括：医用硫酸钙、羟基磷灰石及生物活性玻璃等，它们拥有杰出的生物相容性及成骨诱导性能，通常作为骨替代材料进行使用。这些材料可被破骨细胞降解及吸收，同时也可与新生成的骨质融为一体[20]。载抗生素后，此类材料的降解对抗生素的释放速率及释放量并不产生显著影响。受材料种类及合成过程所影响，这些材料载抗生素后的抗生素释放时间为几天到几周不等[21]。作为抗生素载体应用时，最常使用的为注射用硫酸钙。
当前美国批准的商品化医用硫酸钙只能作为骨填充材料使用，尽管如此，多数研究也普遍将其作为抗生素载体进行药品核准标示外使用[22]。南方医院目前治疗慢性骨髓炎、感染性骨不连以及开放性骨折清创后骨缺损所采用的可吸收骨填充材料为硫酸钙，并以其作为局部抗生素释放载体。加拿大及整个欧洲也批准了商品化的载妥布霉素硫酸钙应用于临床。硫酸钙是一种非常有前景的药物释放载体，其载抗生素用于治疗及预防骨科感染也已几十年的历史[23]。近年来的研究显示硫酸钙同时具有骨传导性，对其制作工艺的改良可使其被机体吸收的速率与新骨形成的速度相当[24]。硫酸钙作为抗生素载体应用时的特性如下：
一、结构特性
硫酸钙具有较高的抗压强度，能够提供结构支撑作用，但缺点在于脆性较高，易碎。另外，有研究指出单纯硫酸钙应用时因降解吸收速度较快，并不能提供长期的机械支撑以及作为组织再生长入的支架[25]。近期的一项研究指出硫酸钙置入体内后同样具有膜性结构的生成，这一膜性结构也可分泌类似PMMA诱导膜所分泌的生长因子，研究人员指出这一膜性结构诱导成骨的作用要优于PMMA，加之其可被机体降解吸收，故而此项研究认为其可替代PMMA作为单次手术重建感染性骨缺损的材料[26]。
二、载抗生素种类
相比于PMMA，硫酸钙可载的抗生素种类更多，也无PMMA载抗生素时的诸多限制。硫酸钙可载糖肽类和氨基糖苷类抗生素等水溶性的抗生素（万古霉素）及氟喹诺酮类抗生素（莫西沙星或达托霉素等）。Howlin等[27]指出载妥布霉素、万古霉素或是两者共同载药时，硫酸钙可有效预防耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（methicillin resistant staphylococcus aureus，MRSA）和表皮葡萄球菌细菌定植及生物膜形成。在他们此后的一项研究中，再次证实了载广谱抗生素硫酸钙具有抗铜绿假单胞菌、肺炎克雷伯菌和鲍曼不动杆菌及抗这些细菌形成生物膜的作用[28]。
三、抗生素释放动力学
硫酸钙的抗生素释放特性在体外及动物实验中均有研究，Wichelhaus等[29]的体外研究指出载抗生素硫酸钙置入后的首个24 h，可分别释放其所载的45%万古霉素，以及80%庆大霉素与克林霉素；随后维持一个平稳的释放水平10 d左右。动物实验对载妥布霉素硫酸钙链珠填充至组织后的局部及全身抗生素水平进行评估，结果显示在填充后的首个24 h局部妥布霉素水平迅速升高，随后快速下降，妥布霉素水平在2周后仍能维持在一个治疗水平。不过也有些动物出现例外，他们的局部妥布霉素水平可持续升高至少28 d。全身血清抗生素水平方面，在硫酸钙填充后的1 h之内快速升高并达到峰值，24 h后血清中即检测不到妥布霉素[30]。也有体外实验比较硫酸钙链珠达托霉素和妥布霉素的释放效率，与其他研究类似，这两种抗生素均在首个24 h内快速释放，在随后的几天中又迅速下降。但两者也有不同，在为期28 d的实验中，载达托霉素的硫酸钙链珠共计释放了所有浸达托霉素的35%，而载妥布霉素的硫酸钙链珠释放了所有浸妥布霉素的68%，妥布霉素的释放率更高[31]。另外一项体外实验指出载万古霉素硫酸钙链珠的局部抗生素峰值在置入后48 h出现[32]。
四、降解吸收速率
体外实验显示，载抗生素后的硫酸钙微球在去离子水中16 h即可降解[33]。临床实验则显示，硫酸钙可在置入后2个月吸收90%，到3个月时基本完全吸收，此时X线片上已基本无其影像[22]。该项研究对患者影像学随访同时发现术后2个月缺损部位新骨长成约80%，到半年后缺损部位基本全部被新骨填充。与上述研究相似，在另一项对25例慢性骨髓炎患者的术后影像学随访显示，1例患者硫酸钙在术后1个月完全吸收，12例患者硫酸钙在术后2个月完全吸收，10例患者硫酸钙在术后3个月完全吸收，2例患者在术后半年完全吸收，平均硫酸钙吸收时间为2.7个月。8例患者在术后出现无菌性的渗液，平均术后2~3个月消失，此时X线片上也不再看到硫酸钙影像[34]。载抗生素硫酸钙主要作为骨髓炎或软组织感染的治疗手段，也有文献推荐开放性骨折使用其进行局部抗生素的释放载体以预防感染。McKee等[35]进行了一项RCT研究，其纳入了30例慢性骨髓炎或是感染性骨不连患者，彻底清创后分别采用载妥布霉素的硫酸钙或是PMMA进行缺损的处理。随访24个月期间，两组的感染清除率都为86%；PMMA链珠组患者均需进行二次手术取出PMMA链珠；此外，5例硫酸钙组患者的因术后骨不连再次进行了7次手术，而9例PMMA组患者的因术后依然骨不连再次进行了15次手术。多数载抗生素硫酸钙治疗慢性骨髓炎的研究为回顾性研究，Ferguson等[36]的研究中，使用载妥布霉素硫酸钙联合全身敏感抗生素对慢性骨髓炎进行治疗，在平均3.7年的随访过程中90.8%（177/195）的患者感染未再复发。一项研究同样评估了在标准手术清创及静脉抗生素治疗基础上同时使用载妥布霉素硫酸钙的治疗效果，其用该方式处理的25例患者中23例感染得到控制（92%）[34]。在一项纳入337例下肢慢性骨髓炎患者的回顾性研究中，采用彻底清创联合局部硫酸钙载庆大霉素及万古霉素的方式进行治疗，成功治愈了86%的患者，并未使用全身抗生素[37]。另一项回顾性研究同样评估了将载妥布霉素的硫酸钙作为传统慢性骨髓炎治疗方式的辅助治疗，在传统清创联合静脉抗生素的基础上同时使用局部载抗生素硫酸钙，21例患者的平均随访时间为16个月，其中20例患者的感染得到有效控制。7例患者出现了创面浆液性渗出，其中约75%的患者有不同程度的创面愈合问题。此外，也有1例患者出现了一过性的急性肾损伤[38]。Chang等[39]的研究中纳入了65例慢性骨髓炎患者，其所接受的治疗方式同样为传统外科清创 静脉抗生素 载妥布霉素硫酸钙链珠，虽然该项研究的结果指出载抗生素硫酸钙的使用并不能显著提高感染清除率，但对免疫功能正常的患者有较高的感染清除率。载抗生素硫酸钙治疗开放性骨折方面，一项研究对载抗生素硫酸钙用于开放性粉碎性骨折的优势分析[40]，硫酸钙主要起两种作用-骨缺损的占位及抗生素载体，研究人员指出硫酸钙用于严重开放性骨折的治疗时可有效预防感染并提高骨折的愈合率。另一项研究对长骨开放性骨折采用内固定联合硫酸钙进行治疗的效果进行评估，该项研究共计纳入28例开放性骨折患者，按照Gustilo-Anderson开放性骨折分型有15例Ⅱ型开放性骨折，11例ⅢA型开放性骨折，2例ⅢC型开放性骨折，所有骨折的治疗均采用载万古霉素硫酸钙链珠联合内固定进行治疗。26例患者完成了最终的随访，这些患者的平均随访时间为10.5个月，无一例发生术后感染。作者在文章中指出有两例患者伤口浆液性渗出，均通过局部的伤口护理得到治愈。影像学随访发现有15例患者在术后1个月的X线片上即看不到硫酸钙，15例患者在术后2个月的X线片上也无硫酸钙影像[41]。在另一项规模较小的前瞻性研究中，研究人员采用脱钙骨基质联合硫酸钙的混合物载万古霉素进行跟骨移位性骨折骨缺损的填充，与对照组相比这一方式可显著缩短骨折愈合时间[42]。也有几项动物研究对硫酸钙的使用进行评估，其中一项研究指出载妥布霉素硫酸钙链珠与传统的载妥布霉素PMMA链珠在预防开放性粉碎性骨折模型的感染方面效果相当[43]。此外，也有研究对'手工'制作的载妥布霉素PMMA链珠、成品的载妥布霉素PMMA链珠及成品的载妥布霉素硫酸钙链珠进行比较，结果发现三者在预防骨感染方面效力相当[44]。如以上临床研究所示，这一抗生素载体也并非完美，使用硫酸钙进行清创后骨缺损的填充时，无论是否载抗生素，其术后出现浆液性渗出的发生率约为4%到51%[22,35,36]。不过，如前所述，这种渗液情况可随着硫酸钙被机体的吸收逐渐缓解，同时这种渗出液通常为无菌，不会引起再次感染，一般无需特殊处理即可自行消退。也有研究指出部分患者会出现骨不连[45]。另外，在使用载抗生素硫酸钙治疗的15例髋关节置换术后假体周围感染的患者中，有3例患者在术后出现了一过性的高钙血症[46]。
与载抗生素PMMA相比，硫酸钙的优点在于：①可载的抗生素种类更多；②无需二次手术取出。综上，在急性开放性骨折及慢性骨髓炎的治疗上，硫酸钙效果明显，有其独特的优势。
对于生物可降解载体的需要使得学者们继续将研究重心转向天然及合成的胶体或高分子聚合物。胶原蛋白、纤维蛋白及壳聚糖等都属于天然高分子聚合物，现代工业技术的进步也使得这些材料可以人工合成为网状结构及为新生组织长入提供支架，目前已作为药物载体广泛用于临床实践中。这类材料可与抗生素直接结合，并随着材料结构的降解释放抗生素，通常为数天内完全释放[47]。
一、胶原蛋白
胶原蛋白海绵的临床应用已超30余年，最初主要作为创面覆盖及止血应用[48]。胶原蛋白具有良好的生物相容性，同时也是细胞外基质蛋白的重要组成成分，能够促进组织再生，此外产品化的胶原蛋白开发也使得其来源较为广泛，故而是目前骨科临床应用最为广泛的天然高分子聚合物材料[49]。一般通过胶原蛋白浸泡于抗生素溶液内的方式使得其载抗生素，作为抗生素载体应用时，其特点如下：①结构特点。与PMMA相比，胶原蛋白海绵的一大特点就是可被完全降解吸收[50]，故而节省了PMMA的二次取出这一操作。事实上，Ⅰ型胶原蛋白是人体最为重要的结构蛋白，是骨细胞外基质的主要成分，我们可以利用其刺激成骨细胞增殖、促进矿化以及胶原组织的生成，即促进骨折愈合过程；②载抗生素种类。胶原蛋白所载抗生素通常为广谱如氨基糖苷类抗生素，通常为庆大霉素。③抗生素释放动力学。胶原蛋白海绵的一大特点是快速抗生素释放，有体外研究比较了胶原蛋白海绵与PMMA链珠的庆大霉素释放速率，结果显示胶原蛋白海绵可在1.5 h内释放95%的抗生素，而同样时间内PMMA链珠仅可释放8%[51]。不过在体实验研究显示抗生素释放速率更多的是由周围组织的液体供应量决定的，例如在骨性组织周围的有效抗生素浓度可维持约1周，而在灌注充分的组织周围有效抗生素浓度可维持不到1 d[52]。此外，我们也可以通过改变胶原蛋白的微孔结构或是掺加一些化学制剂可使其改性继而控制抗生素的释放速率[53]。④降解吸收时间。研究显示，胶原蛋白海绵完全吸收所需的平均时间为8周[54]。载庆大霉素的胶原蛋白海绵可用于开放性骨折感染的预防，结果良好。Chaudhary等[55]的研究纳入了35例急性开放性骨折患者，这些患者的处置流程均为灌洗、彻底清创后切开复位钢板内固定，固定好后在钢板周围放入载抗生素的胶原蛋白海绵，最后闭合创面。共计31例患者完成了最终的随访，2例患者（6.5%）出现深部组织感染，无患者需移除内固定或是发展为骨不连。载庆大霉素的胶原蛋白海绵同样可应用于骨髓炎的治疗，Leung等[56]报道了50例慢性骨髓炎患者的治疗效果，这些患者均采用清创、静脉抗生素、载庆大霉素胶原蛋白海绵置入的治疗方案。该项研究中，12%的患者感染复发，相较于其他文献的感染复发率（20%~30%），明显更低。在另一项纳入20例长骨骨髓炎的RCT中，直接比较了胶原蛋白海绵和PMMA载庆大霉素的治疗效果，胶原蛋白海绵组感染治愈率为80%，PMMA组感染治愈率为90%。如前所述，胶原蛋白海绵组患者的庆大霉素释放迅速，导致术后48 h创面渗出液及尿液抗生素水平均很高，而PMMA组患者的的庆大霉素释放明显更缓慢[57]。Ipsen等[58]报道的10例慢性骨髓炎患者采用载庆大霉素胶原蛋白海绵治疗，随访1年后均未见感染复发。其他类似的研究结果也显示载庆大霉素的胶原蛋白海绵在清除慢性骨髓炎的感染时有良好的效果[59]。部分研究对载庆大霉素的胶原蛋白海绵用于清洁手术切口的效果进行评估，结果各异。一项多中心随机对照研究中，纳入了近700例因股骨颈骨折进行半髋关节置换的患者，研究人员发现额外的载庆大霉素胶原蛋白海绵使用对于预防深部或是表浅感染均无明显影响[60]。但在一篇纳入了15项RCT研究共计6 979例患者的Meta分析中，信息整合后的结果显示载庆大霉素的胶原蛋白海绵可显著降低清洁切口及轻微污染切口的手术切口部位感染发生率[61]。
如前所述，胶原蛋白海绵也有其副作用，一项全髋关节置换术后感染的研究中，12例患者采用载庆大霉素的胶原蛋白海绵进行治疗，其中7例患者血清中庆大霉素达到毒性水平（>2 mg/L），3例患者的肾脏清除率持续下降，另外3例患者一过性的肾脏清除率下降后恢复。这些患者的海绵放置数量为4~6块，每块海绵含130 mg庆大霉素[62]。另外也有研究指出，由于抗生素的快速释放术后48 h创面渗出液及尿液抗生素水平均很高[57]。也有一些研究指出胶原蛋白海绵的使用可能会增加感染的风险。一项大型临床研究评估了载庆大霉素胶原蛋白海绵预防结直肠癌术后感染，发现使用了胶原蛋白海绵的患者反而感染率更高，研究人员推测可能是由于抗生素的释放速率要快于海绵的降解速率，这样创面内就是一个异物而非局部高浓度抗生素[63]。此外，目前商品化的胶原蛋白海绵只能载庆大霉素，而有研究指出庆大霉素对于骨折愈合有不利影响，故而使得其在开放性骨折中的使用受很大限制[64]。
二、壳聚糖
壳聚糖海绵是近些年来新兴用于临床的抗生素载体，与胶原蛋白海绵类似，其也可以载抗生素且可被机体完全吸收。壳聚糖是自然界中除纤维素外含量最广泛的多聚糖类化合物，可从贝壳类动物中如虾和蟹中提取[65]。壳聚糖是甲壳素脱乙酰化的衍生物，两者对于创面愈合均具有促进作用[66,67]。动物实验研究显示壳聚糖在创面愈合早期能够促进多形核细胞浸润至创面周围，同时促进肉芽组织中的成纤维细胞合成分泌胶原蛋白[68]。此外，壳聚糖本身具有天然的广谱抗菌特性[69]，目前其抗菌机制尚不明确，不过有证据显示壳聚糖的天然聚阳离子性质使得其与细菌表面的阴离子分子如磷壁酸相互作用，从而表现出抗菌特性[70]。抗生素释放速率评估的研究显示壳聚糖海绵有较快的抗生素释放速率，其中一项体外研究指出载阿米卡星的壳聚糖海绵1 h释放抗生素85%，72 h释放抗生素96%；载达托霉素的壳聚糖海绵1 h释放抗生素31%，72 h释放88%。释放出的相应抗生素均能抑制金黄色葡萄球菌生长，表明释放出的抗生素仍具有抗菌活性[71]。之后，该课题组再次进行同样的体外研究，仍得出相似的结果：载万古霉素的壳聚糖海绵能够在周围维持抑制金黄色葡萄球菌生长的最低抑菌浓度（minimum inhibitory concentration，MIC）72 h，同时，释放的阿米卡星能够维持抑制铜绿假单胞菌生长的最低抑菌浓度48 h[72]。
目前关于载抗生素壳聚糖海绵体内评估研究较少，一项研究指出壳聚糖海绵所释放的万古霉素或阿米卡星均能有效降低污染创口的细菌计数，同时局部应用后血清的抗生素浓度均不超过全身应用时目标血清浓度的15%。此外，应用42 h后，壳聚糖海绵平均有85%被降解吸收[65]。在处理骨及软组织感染时，有研究采用载庆大霉素的壳聚糖条进行治疗，其可维持有效的抗菌浓度约8周[73]。将壳聚糖与纳米羟基磷灰石及乙基纤维素微球复合后，可释放并维持庆大霉素的最低抑菌浓度45 d[74]。另外，壳聚糖海绵与抗生素可分开制备，临床医生可根据需要进行目标抗生素壳聚糖的制备，而不像载庆大霉素胶原蛋白海绵是一体化。在这一点上，因为不需要考虑抗生素的热稳定性，可供临床医生选择的抗生素也比PMMA更多。
三、纤维蛋白
纤维蛋白是参与凝血的生物高分子聚合物，由纤维蛋白原被凝血蛋白酶裂解产物聚合产生。同时，纤维蛋白也是骨折愈合过程的产物，故而有临床医生将其作为创面止血剂使用。之后受此启发，有学者在纤维蛋白凝胶中添加抗生素粉剂作为创面感染的预防方式[75]。
载抗生素的胶原蛋白及纤维蛋白的抗生素释放特点为快速释药，血供丰富扩散速率快时会加速抗生素的释放。体外实验显示，至少有90%的抗生素在第1天即释放，4 d内所有抗生素即完全释放[76]。但在体外实验中，局部的体液淤积以及质量传递等的影响使得抗生素释放速度减慢。由于释放时间短的特点，这一类的生物高分子聚合物可能更适合于急性感染的控制以及慢性感染的预防[77]。不同于纤维蛋白，壳聚糖凝胶及海绵在体外实验中可持续释放抗生素数周[78]，同时壳聚糖作为一种涂层材料，能够帮助其他材料在早期控制抗生素的释放速度[79]。
由于我们可以根据需要控制其药物释放动力学、降解速率及生物力学等，合成高分子聚合物一直是近年来的研究热点。聚酯纤维是最常使用的合成高分子聚合物，这类材料包括聚乳酸（poly lactic acid，PLA）、聚己内酯（poly caprolactone，PCL）以及聚乳酸-羟基乙酸（poly lactic-co-glycolic acid，PLGA）等。这些材料置入体内后，在体液作用过程中发生酯键的水解，继而降解。PLGA的降解速率取决于乳酸与羟基乙酸的比例，如其两者1∶1时，则降解速率最快[80]。载抗生素时，抗生素的释放受聚合物扩散及降解的速度影响，因而我们可以通过对聚合物合成的控制来改变其抗生素释放特征，使其能够持续释放抗生素数周或是数月[80,81]。但在PLGA降解的过程中，由于解聚转变为乳酸和羟基乙酸，故而形成局部的低pH值环境。随着载抗生素高分子聚合物的降解及局部微环境的改变所致的pH值下降，会进一步加速体液对高分子聚合物的侵蚀，并造成高分子聚合物的自我催化降解从而加速抗生素的释放。高分子聚合物的体液侵蚀也会加速酸性环境的形成，引起宿主的免疫炎症反应[81]，而此种状态可能会降低所释放的抗生素的功能效力。虽然有以上的反应过程，多数高分子聚合物如PLGA是一种安全的生物相容性载抗生素材料，同时美国FDA也已批准其应用于临床。
聚酐类材料是次选类的合成高分子聚合物，与整体侵蚀降解的聚酯类材料不同，聚酐类材料主要通过表面体液侵蚀降解，故而其载抗生素时为零级释放动力学（抗生素释放速率不随时间发生改变）[82]。多数研究指出聚酐类材料的生物相容性良好[82,83]，不过癸二酸类聚合物也是一种聚酐类材料，其能够引起严重的局部炎症反应[84]。
上述各类材料单独使用时，或多或少会存在生物力学、抗生素释放动力学或是促组织再生方面的不足。将某两种或是几种材料复合后可能会克服单独使用时的不足，故而近年来复合材料也是一项研究热点。有研究就将天然或是合成高分子聚合物与生物陶瓷类材料相复合，形成一种同时兼具骨诱导性及持续抗生素释放性能的材料。陶瓷类材料具有较高的抗压强度，能够提供结构支撑作用，但缺点在于脆性较高，易碎；其与高分子聚合物复合后能够提高其韧性，同时也可调控抗生素释放[85]。另外，在无机材料中添加天然高分子聚合物如壳聚糖可增强细胞间相互作用，有效改善其生物学性能[86,87,88]。壳聚糖与纳米羟基磷灰石及乙基纤维素微球复合后，可释放并维持庆大霉素的最低抑菌浓度45 d[74]。由于复合材料能够综合各种材料的优点，在处理骨感染时可能是非常不错的选择。
虽然近年来各类技术在不断进步，但开放性骨折与慢性骨髓炎的处理对于临床医生来说仍是非常大的挑战，Gustilo Ⅲ型开放性骨折术后有着极高的感染率，慢性骨髓炎也有着非常高的复发率。系统和局部抗生素的联合使用可能是处理高级别开放性骨折与慢性骨髓炎的最佳治疗方式，其中局部高浓度抗生素的维持不可或缺。局部抗生素的应用可使目标区域维持一个全身抗生素难以达到的高浓度抗生素水平，尤其适用于局部血液灌注不佳以及生物膜形成区域。
根据目前的文献，我们认为在感染性骨组织病灶常规局部使用抗生素可取得预防及治疗作用。近年来，局部抗生素载体也在不断发展，由最初广泛使用的不可降解吸收的PMMA，到最近几年可能替代其的可降解吸收的硫酸钙。硫酸钙最大的优势在于无需二次手术取出，同时能够更长时间地释放抗生素。其他类型的可降解吸收材料如高分子聚合材料在近年来的研究中也崭露头角，但是受研究数量的限制，尚不能明确其真正价值。另外，对于理想的局部抗生素应用方式及载体仍有很多问题没有解决，我们也期待更多的关于局部抗生素载体的临床研究来回答以上的问题。
