Vir pasiënte wat ortopediese inplantingschirurgie ondergaan, was bakteriële infeksies en infeksie-geïnduseerde immuunresponse nog altyd lewensgevaarlike risiko's.Konvensionele biologiese materiale is vatbaar vir biologiese kontaminasie, wat veroorsaak dat bakterieë die beseerde area binnedring en postoperatiewe infeksie veroorsaak.Daarom is daar 'n dringende behoefte om anti-infeksie en immuun ontsnap bedekkings vir ortopediese inplantings te ontwikkel.Hier het ons 'n gevorderde oppervlakmodifikasietegnologie vir ortopediese inplantings genaamd Lubricated Orthopedic Implant Surface (LOIS) ontwikkel, wat geïnspireer is deur die gladde oppervlak van kruikplantkruike.LOIS het langdurige en sterk vloeistofafstoting teen 'n verskeidenheid vloeistowwe en biologiese stowwe (insluitend selle, proteïene, kalsium en bakterieë).Daarbenewens het ons die meganiese duursaamheid teen skrape en bevestigingskrag bevestig deur die onvermydelike skade tydens die in vitro-operasie te simuleer.Die konynbeenmurg inflammatoriese femorale fraktuurmodel is gebruik om die anti-biologiese skalering en anti-infeksie vermoë van LOIS deeglik te bestudeer.Ons voorsien dat LOIS, wat anti-biobevuiling eienskappe en meganiese duursaamheid het, 'n stap vorentoe is in infeksievrye ortopediese chirurgie.
Vandag, as gevolg van algehele veroudering, het die aantal pasiënte wat aan ortopediese siektes ly (soos bejaarde frakture, degeneratiewe gewrigsiektes en osteoporose) aansienlik toegeneem (1, 2).Daarom heg mediese instellings groot belang aan ortopediese chirurgie, insluitend ortopediese inplantings van skroewe, plate, spykers en kunsmatige gewrigte (3, 4).Daar is egter berig dat tradisionele ortopediese inplantings vatbaar is vir bakteriële adhesie en biofilmvorming, wat chirurgiese plekinfeksie (SSI) na chirurgie kan veroorsaak (5, 6).Sodra die biofilm op die oppervlak van die ortopediese inplantaat gevorm word, word die verwydering van die biofilm uiters moeilik selfs met die gebruik van groot dosisse antibiotika.Daarom lei dit gewoonlik tot ernstige postoperatiewe infeksies (7, 8).As gevolg van bogenoemde probleme, moet die behandeling van besmette inplantings heroperasie insluit, insluitend die verwydering van alle inplantings en omliggende weefsels;daarom sal die pasiënt erge pyn en sekere risiko's ly (9, 10).
Om sommige van hierdie probleme op te los, is dwelm-eluerende ortopediese inplantings ontwikkel om infeksie te voorkom deur bakterieë wat aan die oppervlak geheg is, uit te skakel (11, 12).Die strategie toon egter steeds verskeie beperkings.Daar is gerapporteer dat langtermyn-inplanting van geneesmiddel-eluerende inplantings skade aan omliggende weefsels veroorsaak het en inflammasie veroorsaak het, wat tot nekrose kan lei (13, 14).Daarbenewens vereis die organiese oplosmiddels wat kan bestaan ​​na die vervaardigingsproses van dwelm-eluerende ortopediese inplantings, wat streng deur die Amerikaanse voedsel- en dwelmadministrasie verbied word, addisionele suiweringsstappe om aan sy standaarde te voldoen (15).Dwelm-eluerende inplantings is 'n uitdaging vir die beheerde vrystelling van geneesmiddels, en as gevolg van hul beperkte geneesmiddellading, is langtermyn toediening van die geneesmiddel nie haalbaar nie (16).
Nog 'n algemene strategie is om die inplantaat te bedek met 'n antifouling polimeer om te verhoed dat biologiese materiaal en bakterieë aan die oppervlak kleef (17).Byvoorbeeld, zwitterioniese polimere het aandag getrek weens hul nie-klevende eienskappe wanneer hulle in kontak is met plasmaproteïene, selle en bakterieë.Dit het egter 'n paar beperkings wat verband hou met langtermynstabiliteit en meganiese duursaamheid, wat die praktiese toepassing daarvan in ortopediese inplantings belemmer, veral as gevolg van meganiese skraping tydens chirurgiese prosedures (18, 19).As gevolg van sy hoë bioversoenbaarheid, gebrek aan behoefte aan verwyderingschirurgie en oppervlakreinigingseienskappe deur korrosie, is ortopediese inplantings gemaak van bioafbreekbare materiale gebruik (20, 21).Tydens korrosie word die chemiese bindings tussen die polimeermatriks afgebreek en van die oppervlak losgemaak, en die aanhangers maak die oppervlak skoon.Anti-biologiese aangroei deur oppervlakskoonmaak is egter effektief in 'n kort tydperk.Daarbenewens sal die meeste absorbeerbare materiale, insluitend poli(melksuur-glikolsuur-kopolimeer) (PLGA), polimelksuur (PLA) en magnesium-gebaseerde legerings, ongelyke biodegradasie en erosie in die liggaam ondergaan, wat meganiese stabiliteit negatief sal beïnvloed.(twee en twintig).Boonop bied die bioafbreekbare plaatfragmente ’n plek vir bakterieë om te heg, wat die kans op infeksie op die langtermyn verhoog.Hierdie risiko van meganiese agteruitgang en infeksie beperk die praktiese toepassing van plastiese chirurgie (23).
Superhidrofobiese (SHP) oppervlaktes wat die hiërargiese struktuur van lotusblare naboots, het 'n potensiële oplossing vir anti-bevuilingsoppervlaktes geword (24, 25).Wanneer die SHP-oppervlak in vloeistof gedompel word, sal lugborrels vasgevang word, waardeur lugsakke vorm en bakteriese adhesie voorkom (26).Onlangse studies het egter getoon dat die SHP-oppervlak nadele het wat verband hou met meganiese duursaamheid en langtermynstabiliteit, wat die toepassing daarvan in mediese inplantings belemmer.Boonop sal die lugsakke oplos en hul anti-aangroei-eienskappe verloor, wat lei tot wyer bakteriese adhesie as gevolg van die groot oppervlakte van die SHP-oppervlak (27, 28).Onlangs het Aizenberg en kollegas 'n innoverende metode van anti-biobevuiling oppervlakbedekking bekendgestel deur 'n gladde oppervlak te ontwikkel wat geïnspireer is deur Nepenthes kruikplant (29, 30).Die gladde oppervlak toon langtermynstabiliteit onder hidrouliese toestande, is uiters vloeistofafstotend vir biologiese vloeistowwe, en het selfherstellende eienskappe.Daar is egter nie 'n metode om 'n deklaag op 'n kompleksvormige mediese inplantaat aan te wend nie, en dit is ook nie bewys dat dit die genesingsproses van beskadigde weefsel na inplanting ondersteun nie.
Hier stel ons 'n gesmeerde ortopediese inplantaatoppervlak (LOIS), 'n mikro/nano-gestruktureerde ortopediese inplantaatoppervlak bekend en styf gekombineer met 'n dun smeermiddellaag om te verhoed dat dit met plastiese chirurgie geassosieer word Bakteriële infeksies, soos fraktuurfiksasie.Omdat die fluoor-gefunksionaliseerde mikro/nano-vlak struktuur die smeermiddel stewig op die struktuur vasmaak, kan die ontwikkelde LOIS die adhesie van verskeie vloeistowwe ten volle afweer en anti-aangroei werkverrigting vir 'n lang tyd handhaaf.LOIS-bedekkings kan aangebring word op materiale van verskillende vorms wat bedoel is vir beensintese.Die uitstekende anti-biobevuilingseienskappe van LOIS teen biofilm-bakterieë [Pseudomonas aeruginosa en metisillien-weerstandige Staphylococcus aureus (MRSA)] en biologiese stowwe (selle, proteïene en kalsium) is in vitro bevestig.Die adhesietempo van uitgebreide adhesie aan die substraat is minder as 1%.Boonop, selfs nadat meganiese spanning soos oppervlakkrap voorkom, help die selfgenesing wat deur die penetrerende smeermiddel veroorsaak word, sy anti-aangroei-eienskappe handhaaf.Die meganiese duursaamheidstoetsresultate toon dat selfs na strukturele en chemiese modifikasie, die totale sterkte nie aansienlik verminder sal word nie.Daarbenewens is 'n in vitro eksperiment wat die meganiese spanning in die chirurgiese omgewing simuleer, uitgevoer om te bewys dat LOIS verskeie meganiese spanning wat tydens plastiese chirurgie voorkom, kan weerstaan.Ten slotte het ons 'n konyngebaseerde in vivo femorale fraktuurmodel gebruik, wat bewys het dat LOIS voortreflike antibakteriese eienskappe en bioversoenbaarheid het.Radiologiese en histologiese resultate het bevestig dat stabiele smeermiddelgedrag en anti-biobevuilingseienskappe binne 4 weke na inplanting effektiewe anti-infeksie en immuun ontsnapping prestasie kan bereik sonder om die beengenesingsproses te vertraag.
Figuur 1A toon 'n skematiese diagram van die ontwikkelde LOIS, wat ingeplant is met mikro/nano-skaal strukture in die konyn femorale fraktuur model om sy uitstekende anti-biologiese aangroei en anti-infeksie eienskappe te bevestig.'n Biomimetiese metode word uitgevoer om die oppervlak van 'n waterpotplant te simuleer, en om biobevuiling te voorkom deur 'n smeermiddellaag binne die mikro/nano-struktuur van die oppervlak in te sluit.Die oppervlak wat met smeermiddel ingespuit word, kan die kontak tussen biologiese stowwe en die oppervlak tot die minimum beperk.As gevolg van die vorming van stabiele chemiese bindings op die oppervlak, het dit dus uitstekende aangroeiwerende werkverrigting en langtermynstabiliteit.As gevolg hiervan laat die anti-biobevuilingseienskappe van die smeeroppervlak verskeie praktiese toepassings in biomediese navorsing toe.Uitgebreide navorsing oor hoe hierdie spesiale oppervlak in die liggaam optree, is egter nog nie voltooi nie.Deur LOIS te vergelyk met naakte substrate in vitro met behulp van albumien en biofilm bakterieë, kan die nie-kleefvermoë van LOIS bevestig word (Figuur 1B).Verder, deur die waterdruppels op die skuins kaal substraat en die LOIS-substraat (Figuur S1 en Movie S1) af te rol, kan die biologiese kontaminasieprestasie gedemonstreer word.Soos getoon in die fluoressensiemikroskoopbeeld, het die blootgestelde substraat wat in 'n suspensie van proteïen en bakterieë geïnkubeer is, 'n groot hoeveelheid biologiese materiaal getoon wat aan die oppervlak kleef.As gevolg van sy uitstekende anti-biofouling eienskappe, vertoon LOIS egter skaars enige fluoressensie.Om sy anti-biobevuiling en anti-infeksie eienskappe te bevestig, is LOIS op die oppervlak van ortopediese inplantings vir beensintese (plate en skroewe) aangebring en in 'n konynfraktuurmodel geplaas.Voor inplanting is die naakte ortopediese inplanting en LOIS vir 12 uur in 'n bakteriese suspensie geïnkubeer.Die voor-inkubasie verseker dat 'n biofilm op die oppervlak van die blootgestelde inplantaat gevorm word vir vergelyking.Figuur 1C toon 'n foto van die fraktuurplek 4 weke na inplanting.Aan die linkerkant het 'n haas met 'n kaal ortopediese inplantaat 'n ernstige vlak van inflammasie getoon as gevolg van die vorming van 'n biofilm op die oppervlak van die inplanting.Die teenoorgestelde resultaat is waargeneem by konyne wat met LOIS ingeplant is, dit wil sê die omliggende weefsels van LOIS het geen tekens van infeksie of tekens van inflammasie getoon nie.Daarbenewens dui die optiese beeld aan die linkerkant die chirurgiese plek van die haas met die blootgestelde inplantaat aan, wat aandui dat geen veelvuldige kleefmiddels teenwoordig op die oppervlak van die blootgestelde inplantaat op die oppervlak van die LOIS gevind is nie.Dit wys dat LOIS langtermynstabiliteit het en die vermoë het om sy anti-biologiese aangroei en anti-adhesie eienskappe te behou.
(A) Skematiese diagram van LOIS en sy inplanting in 'n konyn femorale fraktuur model.(B) Fluoresensiemikroskopie beeld van proteïen en bakteriese biofilm op kaal oppervlak en LOIS substraat.4 weke na inplanting, (C) 'n fotografiese beeld van die fraktuurplek en (D) 'n X-straalbeeld (uitgelig deur 'n rooi reghoek).Beeld met vergunning: Kyomin Chae, Yonsei Universiteit.
Die gesteriliseerde, blootgestelde negatief ingeplante konyne het 'n normale beengenesingsproses getoon sonder enige tekens van inflammasie of infeksie.Aan die ander kant toon SHP-inplantings wat vooraf in 'n bakteriese suspensie geïnkubeer is, infeksieverwante inflammasie op die omliggende weefsels.Dit kan toegeskryf word aan sy onvermoë om bakteriese adhesie vir 'n lang tyd te inhibeer (Figuur S2).Ten einde te bewys dat LOIS nie die genesingsproses beïnvloed nie, maar moontlike infeksies wat met inplanting verband hou, inhibeer, is X-straalbeelde van die blootgestelde positiewe matriks en LOIS by die fraktuurplek vergelyk (Figuur 1D).Die X-straalbeeld van die kaal positiewe inplantaat het aanhoudende osteolise-lyne getoon, wat aandui dat die been nie heeltemal genees is nie.Dit dui daarop dat die beenherstelproses baie vertraag kan word as gevolg van infeksieverwante inflammasie.Inteendeel, dit het getoon dat die hase wat met LOIS ingeplant is, genees het en geen duidelike fraktuurplek getoon het nie.
Om mediese inplantings met langtermynstabiliteit en funksionaliteit (insluitend weerstand teen biobevuiling) te ontwikkel, is baie pogings aangewend.Die teenwoordigheid van verskeie biologiese stowwe en die dinamika van weefseladhesie beperk egter die ontwikkeling van hul klinies betroubare metodes.Om hierdie tekortkominge te oorkom, het ons 'n mikro/nano gelaagde struktuur en chemies gemodifiseerde oppervlak ontwikkel, wat geoptimaliseer is as gevolg van hoë kapillêre krag en chemiese affiniteit om die gladste smeermiddel tot die grootste mate te hou.Figuur 2A toon die algehele vervaardigingsproses van LOIS.Berei eers 'n mediese graad vlekvrye staal (SS) 304 substraat voor.Tweedens word die mikro/nano-struktuur op die SS-substraat gevorm deur chemiese ets met gebruik van fluoresuur (HF) oplossing.Om die korrosiebestandheid van SS te herstel, word 'n salpetersuur (HNO3) oplossing (31) gebruik om die geëtste substraat te verwerk.Passivering verhoog die korrosiebestandheid van die SS-substraat en vertraag die korrosieproses aansienlik wat die algehele werkverrigting van LOIS kan verminder.Dan, deur 'n self-gemonteerde monolaag (SAM) te vorm met 1H, 1H, 2H, 2H-perfluoroktieltriethoxysilaan (POTS), word die oppervlak chemies gemodifiseer om die chemiese interaksie tussen die oppervlak en die gladde smeermiddel Affiniteit te verbeter.Die oppervlakmodifikasie verminder die oppervlakenergie van die vervaardigde mikro/nanoskaal gestruktureerde oppervlak aansienlik, wat ooreenstem met die oppervlakenergie van die gladde smeermiddel.Dit laat die smeermiddel toe om heeltemal benat te word, waardeur 'n stabiele smeermiddellaag op die oppervlak gevorm word.Die gewysigde oppervlak vertoon verbeterde hidrofobisiteit.Die resultate toon dat die gladde smeermiddel stabiele gedrag op LOIS toon as gevolg van die hoë chemiese affiniteit en kapillêre krag wat deur die mikro/nano-struktuur veroorsaak word (32, 33).Die optiese veranderinge op die oppervlak van SS na oppervlakmodifikasie en smeermiddelinspuiting is bestudeer.Die mikro/nano-gelaagde struktuur wat op die oppervlak gevorm word, kan visuele veranderinge veroorsaak en die oppervlak verdonker.Hierdie verskynsel word toegeskryf aan die verbeterde ligverstrooiingseffek op die growwe oppervlak, wat die diffuse refleksie wat deur die ligvangmeganisme veroorsaak word, verhoog (34).Daarbenewens, nadat die smeermiddel ingespuit is, word die LOIS donkerder.Die smeerlaag veroorsaak dat minder lig vanaf die substraat weerkaats word, waardeur die LOIS verdonker word.Ten einde die mikrostruktuur/nanostruktuur te optimaliseer om die kleinste glyhoek (SA) te toon om anti-biobevuiling prestasie te behaal, is skandeerelektronmikroskopie (SEM) en atoompare gebruik om verskillende HF-etstye uit te voer (0, 3)., 15 en 60 minute) Kragmikroskoop (AFM) (Figuur 2B).SEM- en AFM-beelde toon dat na 'n kort tyd van ets (3 minute van ets), die kaal substraat ongelyke nano-skaal grofheid gevorm het.Die oppervlakruwheid verander met die etstyd (Figuur S3).Die tyd-varierende kurwe toon dat die oppervlakruwheid aanhou toeneem en 'n hoogtepunt bereik na 15 minute van ets, en dan word slegs 'n effense afname in grofheidswaarde by 30 minute van ets waargeneem.Op hierdie punt word die nano-vlak grofheid weggeëts, terwyl die mikro-vlak grofheid kragtig ontwikkel, wat die ruheid verander meer stabiel maak.Na ets vir meer as 30 minute word 'n verdere toename in grofheid waargeneem, wat soos volg in detail verduidelik word: SS is saamgestel uit staal, gelegeer met elemente insluitend yster, chroom, nikkel, molibdeen en baie ander elemente.Onder hierdie elemente speel yster, chroom en molibdeen 'n belangrike rol in die vorming van mikron/nanoskaal-ruwheid op die SS deur HF-ets.In die vroeë stadiums van korrosie word yster en chroom hoofsaaklik geroes omdat molibdeen hoër korrosiebestandheid as molibdeen het.Soos die ets vorder, bereik die etsoplossing plaaslike oorversadiging, wat fluoriede en oksiede vorm wat deur ets veroorsaak word.Fluoried en oksied presipiteer en herdeponeer uiteindelik op die oppervlak, wat 'n oppervlakruwheid in die mikron/nano-reeks vorm (31).Hierdie mikro/nano-vlak grofheid speel 'n belangrike rol in die selfgenesende eienskappe van LOIS.Die dubbelskaaloppervlak lewer 'n sinergistiese effek, wat die kapillêre krag aansienlik verhoog.Hierdie verskynsel laat die smeermiddel die oppervlak stabiel binnedring en dra by tot selfgenesende eienskappe (35).Die vorming van grofheid hang af van die etstyd.Onder 10 minute van ets, bevat die oppervlak slegs nanoskaal grofheid, wat nie genoeg is om genoeg smeermiddel te hou om weerstand teen biobevuiling te hê nie (36).Aan die ander kant, as die etstyd 30 minute oorskry, sal die nanoskaal-ruwheid wat gevorm word deur die herafsetting van yster en chroom verdwyn, en slegs die mikroskaal-ruwheid sal oorbly as gevolg van molibdeen.Die oor-geëtste oppervlak het nie nanoskaal grofheid nie en verloor die sinergistiese effek van twee-stadium grofheid, wat die selfgenesende eienskappe van LOIS negatief beïnvloed.SA metings is uitgevoer op substrate met verskillende etstye om teenbevuiling prestasie te bewys.Verskeie tipes vloeistowwe is gekies op grond van viskositeit en oppervlak-energie, insluitend gedeïoniseerde (DI) water, bloed, etileenglikol (EG), etanol (EtOH) en heksadekaan (HD) (Figuur S4).Die tyd-varierende etspatroon toon dat vir verskeie vloeistowwe met verskillende oppervlakenergieë en viskositeite, die SA van LOIS na 15 minute se ets die laagste is.Daarom is LOIS geoptimaliseer om vir 15 minute te ets om mikron- en nanoskaal grofheid te vorm, wat geskik is om die duursaamheid van die smeermiddel en uitstekende aangroeiwerende eienskappe effektief te handhaaf.
(A) Skematiese diagram van die vier-stap vervaardigingsproses van LOIS.Die insetsel toon die SAM wat op die substraat gevorm is.(B) SEM- en AFM-beelde, gebruik om die mikro/nano-struktuur van die substraat onder verskillende etstye te optimaliseer.X-straal foto-elektronspektroskopie (XPS) spektra van (C) Cr2p en (D) F1s na oppervlakpassivering en SAM coating.au, arbitrêre eenheid.(E) Verteenwoordigende beelde van waterdruppels op kaal, geëtste, SHP- en LOIS-substrate.(F) Die kontakhoek (CA) en SA meting van vloeistowwe met verskillende oppervlakspannings op SHP en LOIS.Data word uitgedruk as gemiddelde ± SD.
Dan, om die verandering in die chemiese eienskappe van die oppervlak te bevestig, is X-straalfoto-elektronspektroskopie (XPS) gebruik om die verandering in die chemiese samestelling van die substraatoppervlak na elke oppervlakbedekking te bestudeer.Figuur 2C toon die XPS-metingsresultate van die HF-geëtste oppervlak en die HNO 3-behandelde oppervlak.Die twee hoofpieke by 587.3 en 577.7 eV kan toegeskryf word aan die Cr-O-binding wat in die chroomoksiedlaag bestaan, wat die hoofverskil van die HF geëtste oppervlak is.Dit is hoofsaaklik as gevolg van die verbruik van yster en chroomfluoried op die oppervlak deur HNO3.Die HNO3-gebaseerde ets laat chroom 'n passiverende oksiedlaag op die oppervlak vorm, wat die geëtste SS weer bestand teen korrosie maak.In Figuur 2D is XPS-spektra verkry om te bevestig dat fluorkoolstof-gebaseerde silaan op die oppervlak gevorm is na die SAM-bedekking, wat 'n uiters hoë vloeistofafstoting het selfs vir EG, bloed en EtOH.Die SAM-bedekking word voltooi deur silaan funksionele groepe te laat reageer met hidroksielgroepe wat deur plasmabehandeling gevorm word.As gevolg hiervan is 'n betekenisvolle toename in CF2 en CF3 pieke waargeneem.Die bindingsenergie tussen 286 en 296 eV dui aan dat die chemiese modifikasie suksesvol deur die SAM-bedekking voltooi is.SHP toon relatief groot CF2 (290.1 ​​eV) en CF3 (293.3 eV) pieke, wat veroorsaak word deur die fluorkoolstof-gebaseerde silaan wat op die oppervlak gevorm word.Figuur 2E toon verteenwoordigende optiese beelde van kontakhoek (CA) metings vir verskillende groepe gedeïoniseerde water in kontak met kaal, geëtste, SHP en LOIS.Hierdie beelde wys dat die geëtste oppervlak hidrofiel word as gevolg van die mikro/nano-struktuur wat deur chemiese ets gevorm word sodat gedeïoniseerde water in die struktuur opgeneem word.Wanneer die substraat egter met SAM bedek is, vertoon die substraat sterk waterafstoting, dus word 'n oppervlak-SHP gevorm en die kontakarea tussen water en die oppervlak is klein.Laastens is 'n afname in CA in LOIS waargeneem, wat toegeskryf kan word aan die penetrasie van smeermiddel in die mikrostruktuur, en sodoende die kontakarea vergroot.Ten einde te bewys dat die oppervlak uitstekende vloeistofafstotende en nie-kleef eienskappe het, is die LOIS vergelyk met die SHP substraat deur CA en SA te meet met behulp van verskeie vloeistowwe (Figuur 2F).Verskeie tipes vloeistowwe is gekies op grond van viskositeit en oppervlak-energie, insluitend gedeïoniseerde water, bloed, EG, EtOH en HD (Figuur S4).CA-metingsresultate toon dat wanneer CA na HD neig, die reduksiewaarde van CA, waar CA die laagste oppervlak-energie het.Daarbenewens is die LOIS van die algehele CA laag.Die SA meting toon egter 'n heel ander verskynsel.Behalwe vir die geïoniseerde water, kleef alle vloeistowwe aan die SHP-substraat sonder om af te gly.Aan die ander kant toon LOIS 'n baie lae SA, waar wanneer al die vloeistof teen 'n hoek laer as 10° tot 15° gekantel word, al die vloeistof sal afrol.Dit wys sterk dat die nie-kleefvermoë van LOIS beter is as dié van SHP-oppervlak.Daarbenewens word LOIS-bedekkings ook op verskeie soorte materiale toegepas, insluitend titaan (Ti), polifenielsulfon (PPSU), polioksimileen (POM), poliëter-eterketoon (PEEK) en bioabsorbeerbare polimere (PLGA), Dit is inplantbare ortopediese materiale (Figuur) S5)).Die opeenvolgende beelde van die druppels op die materiaal wat deur LOIS behandel is, toon dat die anti-biobevuiling eienskappe van LOIS dieselfde is op alle substrate.Daarbenewens toon die metingsresultate van CA en SA dat die nie-klevende eienskappe van LOIS op ander materiale toegepas kan word.
Ten einde die anti-aangroei eienskappe van LOIS te bevestig, is verskeie tipes substrate (insluitend kaal, geëts, SHP en LOIS) met Pseudomonas aeruginosa en MRSA geïnkubeer.Hierdie twee bakterieë is gekies as verteenwoordigende hospitaalbakterieë, wat kan lei tot die vorming van biofilms, wat lei tot SSI (37).Figuur 3 (A en B) toon die fluoressensiemikroskoopbeelde en die kolonievormende eenheid (CFU) metingsresultate van die substrate wat in die bakteriese suspensie geïnkubeer is vir onderskeidelik korttermyn (12 uur) en langtermyn (72 uur).Binne 'n kort tydperk sal bakterieë trosse vorm en in grootte groei, hulle bedek met slymagtige stowwe en verhoed dat hulle verwyder word.Gedurende die 72-uur-inkubasie sal die bakterieë egter volwasse word en maklik versprei word om meer kolonies of trosse te vorm.Daarom kan dit beskou word dat 72-uur inkubasie langtermyn is en die gepaste inkubasietyd is om 'n sterk biofilm op die oppervlak te vorm (38).In 'n kort tydperk het die geëtste oppervlak en die oppervlak van die SHP bakteriese adhesie getoon, wat met ongeveer 25% tot 50% verminder is in vergelyking met die kaal substraat.As gevolg van sy uitstekende anti-biobevuiling prestasie en stabiliteit, het LOIS egter nie bakteriese biofilm adhesie op kort en lang termyn getoon nie.Die skematiese diagram (Figuur 3C) beskryf die verduideliking van die anti-biologiese aangroeimeganisme van die etsoplossing, SHP en LOIS.Die aanname is dat die geëtste substraat met hidrofiliese eienskappe 'n groter oppervlakte as die kaal substraat sal hê.Daarom sal meer bakteriese adhesie op die geëtste substraat voorkom.In vergelyking met die kaal substraat het die geëtste substraat egter aansienlik minder biofilm wat op die oppervlak gevorm word.Dit is omdat watermolekules stewig aan die hidrofiele oppervlak bind en as 'n smeermiddel vir water optree en sodoende inmeng met die adhesie van bakterieë op kort termyn (39).Die laag watermolekules is egter baie dun en oplosbaar in bakteriese suspensies.Daarom verdwyn die watermolekulêre laag vir 'n lang tyd, wat lei tot uitgebreide bakteriese adhesie en proliferasie.Vir SHP, as gevolg van sy korttermyn nie-benatting eienskappe, word bakteriese adhesie geïnhibeer.Die verminderde bakteriese adhesie kan toegeskryf word aan lugsakke vasgevang in die gelaagde struktuur en laer oppervlak-energie, waardeur kontak tussen die bakteriese suspensie en die oppervlak tot die minimum beperk word.Uitgebreide bakteriese adhesie is egter in SHP waargeneem omdat dit vir 'n lang tyd sy anti-aangroei eienskappe verloor het.Dit is hoofsaaklik as gevolg van die verdwyning van lugsakke as gevolg van hidrostatiese druk en die oplos van lug in water.Dit is hoofsaaklik as gevolg van die verdwyning van lugsakke as gevolg van oplossing en die gelaagde struktuur wat 'n groter oppervlak vir adhesie verskaf (27, 40).Anders as hierdie twee substrate wat 'n belangrike uitwerking op langtermynstabiliteit het, word die smeermiddel wat in LOIS vervat is in die mikro/nano-struktuur ingespuit en sal dit nie eers op die lang termyn verdwyn nie.Smeermiddels gevul met mikro/nano-strukture is baie stabiel en word sterk na die oppervlak aangetrek as gevolg van hul hoë chemiese affiniteit, waardeur bakteriese adhesie vir 'n lang tyd voorkom.Figuur S6 toon 'n refleksie konfokale mikroskoop beeld van 'n smeermiddel-geïnfuseerde substraat gedompel in fosfaat gebufferde sout (PBS).Deurlopende beelde toon dat selfs na 120 uur van effense skud (120 rpm), die smeermiddellaag op die LOIS onveranderd bly, wat langtermynstabiliteit onder vloeitoestande aandui.Dit is as gevolg van die hoë chemiese affiniteit tussen die fluoor-gebaseerde SAM-bedekking en die perfluoorkoolstof-gebaseerde smeermiddel, sodat 'n stabiele smeermiddellaag gevorm kan word.Daarom word die aangroeiwerende prestasie gehandhaaf.Daarbenewens is die substraat getoets teen verteenwoordigende proteïene (albumien en fibrinogeen), wat in plasma is, selle wat nou verwant is aan immuunfunksie (makrofage en fibroblaste), en dié wat verband hou met beenvorming.Die inhoud van kalsium is baie hoog.(Figuur 3D, 1 en 2, en Figuur S7) (41, 42).Daarbenewens het die fluoressensiemikroskoopbeelde van die adhesietoets vir fibrinogeen, albumien en kalsium verskillende adhesie-eienskappe van elke substraatgroep getoon (Figuur S8).Tydens beenvorming kan nuutgevormde been- en kalsiumlae die ortopediese inplanting omring, wat verwydering nie net moeilik maak nie, maar ook onverwagte skade aan die pasiënt kan veroorsaak tydens die verwyderingsproses.Daarom is lae vlakke van kalsiumafsettings op beenplate en -skroewe voordelig vir ortopediese chirurgie wat inplantingverwydering vereis.Gebaseer op die kwantifisering van die aangehegte area gebaseer op die fluoressensie intensiteit en die seltelling, het ons bevestig dat LOIS uitstekende anti-biobevuiling eienskappe toon vir alle biologiese stowwe in vergelyking met ander substrate.Volgens die resultate van in vitro-eksperimente kan die anti-biologiese aangroei LOIS op ortopediese inplantings toegepas word, wat nie net infeksies wat deur biofilmbakterieë veroorsaak word, kan inhibeer nie, maar ook inflammasie wat deur die liggaam se aktiewe immuunstelsel veroorsaak word, kan verminder.
(A) Fluoresensie mikroskoop beelde van elke groep (naak, geëts, SHP en LOIS) geïnkubeer in Pseudomonas aeruginosa en MRSA suspensies vir 12 en 72 uur.(B) Die aantal aaneenlopende CFU van Pseudomonas aeruginosa en MRSA op die oppervlak van elke groep.(C) Skematiese diagram van die anti-biologiese aangroeimeganisme van korttermyn- en langtermyn-ets, SHP en LOIS.(D) (1) Die aantal fibroblaste wat aan elke substraat geheg is en fluoressensiemikroskoopbeelde van die selle wat aan die kaal en LOIS geheg is.(2) Adhesietoets van immuunverwante proteïene, albumien en kalsium betrokke by die beengenesingsproses (* P <0.05, ** P <0.01, *** P <0.001 en **** P <0.0001).ns, nie belangrik nie.
In die geval van onvermydelike gekonsentreerde spanning was meganiese duursaamheid nog altyd die hoofuitdaging vir die aanwending van aangroeiwerende bedekkings.Tradisionele anti-rioolgelmetodes is gebaseer op polimere met lae wateroplosbaarheid en broosheid.Daarom is hulle gewoonlik vatbaar vir meganiese spanning in biomediese toepassings.Daarom bly meganies duursame antifouling-bedekkings 'n uitdaging vir toepassings soos ortopediese inplantings (43, 44).Figuur 4A(1) demonstreer die twee hooftipes stres wat op ortopediese inplantings toegepas word, insluitend krap (skuifspanning) en kompressie met die optiese beeld van die beskadigde inplantaat wat deur die tang geproduseer word.Byvoorbeeld, wanneer die skroef vasgedraai word met 'n skroewedraaier, of wanneer die chirurg die beenplaat styf met 'n pincet vashou en drukkrag toepas, sal die plastiekbeenplaat beskadig en gekrap word op beide die makro- en mikro/nano-skale (Figuur 4A, 2) .Om te toets of die vervaardigde LOIS hierdie skade tydens plastiese chirurgie kan weerstaan, is nano-inkeping uitgevoer om die hardheid van die kaal substraat en die LOIS op die mikro/nano skaal te vergelyk om die meganiese eienskappe van die mikro/nano struktuur Impak te bestudeer (Figuur 4B).Die skematiese diagram toon die verskillende vervormingsgedrag van LOIS as gevolg van die teenwoordigheid van mikro/nano strukture.'n Krag-verplasing-kurwe is geteken op grond van die resultate van nano-inkeping (Figuur 4C).Die blou beeld verteenwoordig die kaal substraat, wat slegs geringe vervorming toon, soos gesien deur die maksimum inkepingsdiepte van 0.26-μm.Aan die ander kant kan die geleidelike toename in nano-inkepingskrag en verplasing wat in LOIS (rooi kurwe) waargeneem word, tekens toon van verminderde meganiese eienskappe, wat lei tot 'n nano-inkepingsdiepte van 1.61μm.Dit is omdat die mikro/nano-struktuur teenwoordig in die LOIS 'n dieper vorderingsruimte bied vir die punt van die nano-indenter, sodat die vervorming daarvan groter is as dié van die kaal substraat.Konsta-Gdoutos et al.(45) is van mening dat as gevolg van die teenwoordigheid van nanostrukture, lei nano-inspringing en mikro/nano-ruwheid tot onreëlmatige nano-inkepingskurwes.Die geskakeerde area stem ooreen met die onreëlmatige vervormingskurwe wat aan die nanostruktuur toegeskryf word, terwyl die nie-geskakeerde area aan die mikrostruktuur toegeskryf word.Hierdie vervorming kan die mikrostruktuur/nanostruktuur van die smeermiddel beskadig en die teenaangroei-prestasie daarvan negatief beïnvloed.Ten einde die impak van skade op LOIS te bestudeer, is onvermydelike skade aan mikro/nano strukture in die liggaam herhaal tydens plastiese chirurgie.Deur bloed- en proteïenadhesietoetse te gebruik, kan die stabiliteit van die anti-biobevuilingseienskappe van LOIS na in vitro bepaal word (Figuur 4D).'n Reeks optiese beelde toon die skade wat naby die gate van elke substraat plaasgevind het.'n Bloedadhesietoets is uitgevoer om die effek van meganiese skade op die anti-biobevuilingbedekking te demonstreer (Figuur 4E).Soos SHP, gaan die aangroeiwerende eienskappe verlore as gevolg van skade, en LOIS vertoon uitstekende aangroeiwerende eienskappe deur bloed af te weer.Dit is omdat, omdat die oppervlak-energie aangedryf word deur die kapillêre aksie wat die beskadigde area bedek, die vloei in die mikrogestruktureerde smeermiddel smeermiddel herstel die anti-aangroei eienskappe (35).Dieselfde neiging is waargeneem in die proteïenadhesietoets met behulp van albumien.In die beskadigde area word die adhesie van proteïen op die oppervlak van SHP wyd waargeneem, en deur die oppervlaktebedekking daarvan te meet, kan dit gekwantifiseer word as die helfte van die adhesievlak van die kaal substraat.Aan die ander kant het LOIS sy anti-biobevuilingseienskappe behou sonder om adhesie te veroorsaak (Figuur 4, F en G).Daarbenewens word die oppervlak van die skroef dikwels onderworpe aan sterk meganiese spanning, soos boor, so ons het die vermoë van die LOIS-bedekking bestudeer om ongeskonde op die skroef in vitro te bly.Figuur 4H toon optiese beelde van verskillende skroewe, insluitend kaal, SHP en LOIS.Die rooi reghoek verteenwoordig die teikenarea waar sterk meganiese spanning tydens beeninplanting voorkom.Soortgelyk aan die proteïenadhesietoets van die plaat, word 'n fluoressensiemikroskoop gebruik om die proteïenadhesie te beeld en die bedekkingsarea te meet om die integriteit van die LOIS-bedekking te bewys, selfs onder sterk meganiese spanning (Figuur 4, I en J).Die LOIS-behandelde skroewe vertoon uitstekende teen-aangroei-prestasie, en byna geen proteïen kleef aan die oppervlak nie.Aan die ander kant is proteïenadhesie waargeneem in kaal skroewe en SHP-skroewe, waar die oppervlaktebedekking van SHP-skroewe een derde van dié van kaal skroewe was.Daarbenewens moet die ortopediese inplantaat wat vir fiksasie gebruik word meganies sterk wees om die spanning wat op die fraktuurplek toegepas word, te weerstaan, soos in Figuur 4K getoon.Daarom is 'n buigtoets uitgevoer om die effek van chemiese modifikasie op meganiese eienskappe te bepaal.Daarbenewens word dit gedoen om die vaste spanning van die inplantaat te handhaaf.Pas vertikale meganiese krag toe totdat die inplantaat heeltemal gevou is en 'n spanning-rek-kromme verkry word (Figuur 4L, 1).Twee eienskappe insluitend Young se modulus en buigsterkte is vergelyk tussen kaal en LOIS substrate as aanwysers van hul meganiese sterkte (Figuur 4L, 2 en 3).Young se modulus dui op die vermoë van 'n materiaal om meganiese veranderinge te weerstaan.Die Young se modulus van elke substraat is onderskeidelik 41.48±1.01 en 40.06±0.96 GPa;die waargenome verskil is ongeveer 3,4%.Daarbenewens word gerapporteer dat die buigsterkte, wat die taaiheid van die materiaal bepaal, 102.34±1.51 GPa is vir die kaal substraat en 96.99±0.86 GPa vir SHP.Die kaal substraat is ongeveer 5,3% hoër.Die effense afname in meganiese eienskappe kan deur die kerf-effek veroorsaak word.In die kerf-effek kan die mikro/nano-ruwheid as 'n stel kepe optree, wat lei tot plaaslike spanningskonsentrasie en die meganiese eienskappe van die inplantaat beïnvloed (46).Gebaseer op die feit dat die styfheid van menslike kortikale been egter tussen 7,4 en 31,6 GPa is, en die gemete LOIS-modulus dié van menslike kortikale been oorskry (47), is die LOIS voldoende om die fraktuur en die algehele meganiese eienskappe word minimaal deur oppervlakmodifikasie beïnvloed.
(A) Skematiese diagram van (1) die meganiese spanning toegepas op die ortopediese inplanting tydens die operasie, en (2) die optiese beeld van die beskadigde ortopediese inplanting.(B) Skematiese diagram van meting van nano-meganiese eienskappe deur nano-inkeping en LOIS op die kaal oppervlak.(C) Nanoindentasie krag-verplasing kurwe van kaal oppervlak en LOIS.(D) Na in vitro eksperimente, simuleer die optiese beelde van verskillende tipes ortopediese plate (die beskadigde area word uitgelig met 'n rooi reghoek) om die meganiese spanning wat tydens die operasie veroorsaak word, te simuleer.(E) Bloedadhesietoets en (F) proteïenadhesietoets van die beskadigde ortopediese plaatgroep.(G) Meet die oppervlaktebedekking van die proteïen wat aan die plaat kleef.(H) Optiese beelde van verskillende tipes ortopediese skroewe na die in vitro eksperiment.(I) Proteïen-adhesietoets om die integriteit van verskillende bedekkings te bestudeer.(J) Meet die oppervlaktebedekking van die proteïen wat aan die skroef kleef.(K) Die beweging van die haas is bedoel om 'n vaste spanning op die gebreekte been te genereer.(L) (1) Buigtoetsresultate en optiese beelde voor en na buiging.Die verskil in (2) Young se modulus en (3) buigsterkte tussen kaal inplanting en SHP.Data word uitgedruk as gemiddelde ± SD (*P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001 en ****P<0.0001).Beeld met vergunning: Kyomin Chae, Yonsei Universiteit.
In kliniese situasies kom die meeste bakteriese kontak met biologiese materiale en wondplekke van volwasse, volwasse biofilms (48).Daarom beraam die Amerikaanse sentrums vir siektebeheer en -voorkoming dat 65% van alle menslike infeksies verband hou met biofilms (49).In hierdie geval is dit nodig om 'n in vivo eksperimentele ontwerp te verskaf wat konsekwente biofilmvorming op die oppervlak van die inplantaat verskaf.Daarom het ons 'n konynfemorale fraktuurmodel ontwikkel waarin ortopediese inplantings vooraf in 'n bakteriese suspensie geïnkubeer is en dan in konynfemure ingeplant is om die anti-aangroei eienskappe van LOIS in vivo te bestudeer.As gevolg van die volgende drie belangrike feite, word bakteriële infeksies geïnduseer deur pre-kultuur eerder as direkte inspuiting van bakteriese suspensies: (i) Die immuunstelsel van hase is natuurlik sterker as dié van mense;daarom is inspuiting van bakteriese suspensies en planktoniese bakterieë moontlik Dit het geen effek op die vorming van biofilms nie.(Ii) Planktoniese bakterieë is meer vatbaar vir antibiotika, en antibiotika word gewoonlik na chirurgie gebruik;ten slotte, (iii) die planktoniese bakterieë-suspensie kan deur die dier se liggaamsvloeistowwe verdun word (50).Deur die inplanting vooraf in 'n bakteriese suspensie voor inplanting te kweek, kan ons die skadelike effekte van bakteriële infeksie en vreemde liggaamsreaksie (VBR) op die beengenesingsproses deeglik bestudeer.Die hase is 4 weke na inplanting geoffer, want die osseo-integrasie wat noodsaaklik is vir die beengenesingsproses sal binne 4 weke voltooi word.Toe is die inplantings van die hase verwyder vir stroomaf studies.Figuur 5A toon die proliferasiemeganisme van bakterieë.Die besmette ortopediese inplanting word in die liggaam ingebring.As gevolg van pre-inkubasie in bakteriële suspensie, was ses van die ses hase wat met naakte inplantings ingeplant is, besmet, terwyl geen van die hase wat met LOIS-behandelde inplantings ingeplant is, besmet was nie.Bakteriese infeksies verloop in drie stappe, insluitend groei, rypwording en verspreiding (51).Eerstens reproduseer en groei die bakterieë op die oppervlak, en dan vorm die bakterieë 'n biofilm wanneer hulle ekstrasellulêre polimeer (EPS), amiloïed en ekstrasellulêre DNA uitskei.Biofilm meng nie net in met die penetrasie van antibiotika nie, maar bevorder ook die ophoping van antibiotika-afbrekende ensieme (soos β-laktamase) (52).Uiteindelik versprei die biofilm die volwasse bakterieë in die omliggende weefsels.Daarom vind infeksie plaas.Daarbenewens, wanneer 'n vreemde liggaam die liggaam binnedring, kan 'n infeksie wat 'n sterk immuunreaksie kan veroorsaak, ernstige inflammasie, pyn en verminderde immuniteit veroorsaak.Figuur 5B verskaf 'n oorsig van die FBR wat veroorsaak word deur die invoeging van 'n ortopediese inplanting, eerder as die immuunrespons wat veroorsaak word deur 'n bakteriële infeksie.Die immuunstelsel herken die ingevoegde inplantaat as 'n vreemde liggaam, en veroorsaak dan dat die selle en weefsels reageer om die vreemde liggaam in te kap (53).In die vroeë dae van FBR is 'n toevoermatriks op die oppervlak van ortopediese inplantings gevorm, wat gelei het tot die adsorpsie van fibrinogeen.Die geadsorbeerde fibrinogeen vorm dan 'n hoogs digte fibriennetwerk, wat die aanhegting van leukosiete bevorder (54).Sodra die fibriennetwerk gevorm is, sal akute inflammasie voorkom as gevolg van die infiltrasie van neutrofiele.In hierdie stap word 'n verskeidenheid sitokiene soos tumornekrosefaktor-α (TNF-α), interleukien-4 (IL-4) en IL-β vrygestel, en monosiete begin die inplantingsplek infiltreer en differensieer in reuse-selle.Faag (41, 55, 56).Die vermindering van FBR was nog altyd 'n uitdaging omdat oormatige FBR akute en chroniese inflammasie kan veroorsaak, wat tot dodelike komplikasies kan lei.Om die impak van bakteriële infeksies in die weefsels rondom die kaal inplantaat en LOIS te bepaal, is hematoksilien en eosien (H&E) en Masson trichroom (MT) kleuring gebruik.Vir konyne wat met kaal substrate ingeplant is, het ernstige bakteriële infeksies gevorder, en H&E-weefselskyfies het absesse en nekrose wat deur inflammasie veroorsaak is, duidelik getoon.Aan die ander kant inhibeer die uiters sterk anti-biobevuilingsoppervlak LOIS bakteriese adhesie, so dit toon geen tekens van infeksie nie en verminder inflammasie (Figuur 5C).Die resultate van MT-kleuring het dieselfde neiging getoon.MT-kleuring het egter ook edeem getoon in konyne wat met LOIS ingeplant is, wat aandui dat herstel op die punt is om plaas te vind (Figuur 5D).Ten einde die mate van immuunrespons te bestudeer, is immunohistochemiese (IHC) kleuring uitgevoer met behulp van sitokiene TNF-α en IL-6 wat verband hou met immuunrespons.'n Naakte negatiewe inplantaat wat nie aan bakterieë blootgestel is nie, is vergelyk met 'n LOIS wat aan bakterieë blootgestel is, maar nie geïnfekteer is nie om die genesingsproses in die afwesigheid van bakteriële infeksie te bestudeer.Figuur 5E toon 'n optiese beeld van 'n IHC-skyfie wat TNF-α uitdruk.Die bruin area verteenwoordig die immuunrespons, wat aandui dat die immuunrespons in LOIS effens verminder is.Daarbenewens was die uitdrukking van IL-6 in LOIS aansienlik minder as die negatiewe uitdrukking van steriele naak (Figuur 5F).Die uitdrukking van sitokien is gekwantifiseer deur die area van teenliggaamkleuring te meet wat ooreenstem met die sitokien (Figuur 5G).In vergelyking met die hase wat aan die negatiewe inplantings blootgestel is, was die uitdrukkingsvlakke van die hase wat met LOIS ingeplant is laer, wat 'n betekenisvolle verskil toon.Die afname in sitokienuitdrukking dui daarop dat die langtermyn, stabiele anti-aangroei eienskappe van LOIS nie net verband hou met die inhibisie van bakteriële infeksies nie, maar ook met die afname van FBR, wat geïnduseer word deur makrofage wat aan die substraat kleef (53, 57, 58).Daarom kan die verminderde immuunrespons as gevolg van die immuunontduikingseienskappe van LOIS die newe-effekte na inplanting oplos, soos oormatige immuunrespons na plastiese chirurgie.
(A) 'n Skematiese diagram van die meganisme van biofilmvorming en verspreiding op die oppervlak van 'n besmette ortopediese inplantaat.eDNA, ekstrasellulêre DNA.(B) Skematiese diagram van immuunrespons na ortopediese inplanting invoeging.(C) H&E-kleuring en (D) MT-kleuring van die omliggende weefsels van ortopediese inplantings met blote positiewe en LOIS.IHC van immuunverwante sitokiene (E) TNF-α en (F) IL-6 is gekleurde beelde van naakte-negatiewe en LOIS-geïnplanteerde hase.(G) Kwantifisering van sitokienuitdrukking deur gebiedsdekkingmeting (** P <0.01).
Die bioversoenbaarheid van LOIS en die effek daarvan op beengenesingsproses is in vivo ondersoek met behulp van diagnostiese beelding [x-straal- en mikro-rekenaartomografie (CT)] en osteoklast IHC.Figuur 6A toon die beengenesingsproses wat drie verskillende stadiums behels: inflammasie, herstel en hermodellering.Wanneer 'n fraktuur plaasvind, sal inflammatoriese selle en fibroblaste in die gebreekte been binnedring en in die vaskulêre weefsel begin groei.Tydens die herstelfase versprei die ingroei van vaskulêre weefsel naby die fraktuurplek.Vaskulêre weefsel verskaf voedingstowwe vir die vorming van nuwe been, wat callus genoem word.Die finale stadium van die beengenesingsproses is die hermodelleringstadium, waarin die grootte van die callus verminder word tot die grootte van normale been met behulp van 'n toename in die vlak van geaktiveerde osteoklaste (59).Driedimensionele (3D) rekonstruksie van die fraktuurplek is uitgevoer met behulp van mikro-CT-skanderings om die verskille in die vlak van callusvorming in elke groep waar te neem.Neem die deursnee van die femur waar om die dikte van die callus wat die gebreekte been omring, waar te neem (Figuur 6, B en C).X-strale is ook gebruik om die fraktuurplekke van alle groepe elke week te ondersoek om die verskillende beenregenerasieprosesse in elke groep waar te neem (Figuur S9).Eelt en volwasse bene word onderskeidelik in blou/groen en ivoor getoon.Die meeste sagte weefsels word met 'n voorafbepaalde drempel uitgefiltreer.Naak positief en SHP het die vorming van 'n klein hoeveelheid callus rondom die fraktuurplek bevestig.Aan die ander kant word die blootgestelde negatief van LOIS en die fraktuurplek omring deur dik eelt.Mikro-CT beelde het getoon dat die vorming van callus deur bakteriële infeksie en infeksieverwante inflammasie belemmer is.Dit is omdat die immuunstelsel die genesing van septiese beserings wat deur infeksieverwante inflammasie veroorsaak word, prioritiseer, eerder as beenherstel (60).IHC en Tartraat-weerstandige suurfosfatase (TRAP) kleuring is uitgevoer om osteoklastaktiwiteit en beenresorpsie waar te neem (Figuur 6D) (61).Slegs 'n paar geaktiveerde osteoklaste wat pers gekleur is, is gevind in naakte positiewe en SHP.Aan die ander kant is baie geaktiveerde osteoklaste waargeneem naby die naakte positiewe en volwasse bene van LOIS.Hierdie verskynsel dui aan dat in die teenwoordigheid van osteoklaste, die callus rondom die fraktuurplek 'n gewelddadige hermodelleringsproses ondergaan (62).Die beenvolume en osteoklast-uitdrukkingsarea van die callus is gemeet om die vlak van callusvorming rondom die fraktuurplek in alle groepe te vergelyk om die mikro-CT-skandering en IHC-resultate te kwantifiseer (Figuur 6E, 1 en 2).Soos verwag, was die naakte negatiewe en callusvorming in LOIS aansienlik hoër as in die ander groepe, wat aandui dat positiewe beenhermodellering plaasgevind het (63).Figuur S10 toon die optiese beeld van die chirurgiese plek, die MT-kleurresultaat van die weefsel wat naby die skroef versamel is, en die TRAP-kleurresultaat wat die skroef-been-koppelvlak beklemtoon.In die kaal substraat is sterk eelt- en fibrose-vorming waargeneem, terwyl die LOIS-behandelde inplantaat 'n relatief ongekleefde oppervlak getoon het.Net so, in vergelyking met naakte negatiewe, is laer fibrose waargeneem in hase wat met LOIS ingeplant is, soos aangedui deur die wit pyle.Boonop kan die ferm edeem (blou pyl) toegeskryf word aan die immuunontduikingseienskappe van LOIS, waardeur ernstige inflammasie verminder word.Die kleefvrye oppervlak rondom die inplanting en verminderde fibrose dui daarop dat die verwyderingsproses makliker is, wat gewoonlik ander frakture of ontsteking tot gevolg het.Die beengenesingsproses na skroef verwydering is geëvalueer deur die osteoklast aktiwiteit by die skroef-been koppelvlak.Beide die blote been en die LOIS-inplanting-koppelvlak het soortgelyke vlakke van osteoklaste geabsorbeer om beengenesing verder te bevorder, wat aandui dat die LOIS-bedekking geen negatiewe effek op beengenesing of immuunrespons het nie.Ten einde te bevestig dat die oppervlakmodifikasie wat op die LOIS uitgevoer word nie inmeng met die beengenesingsproses nie, is X-straalondersoek gebruik om die beengenesing van die hase met blootgestelde negatiewe ione en 6 weke van LOIS-inplanting te vergelyk (Figuur 6F).Die resultate het getoon dat in vergelyking met die onbesmette naak-positiewe groep, LOIS dieselfde mate van beengenesing getoon het, en daar was geen duidelike tekens van fraktuur (deurlopende osteolise-lyn) in beide groepe nie.
(A) Skematiese diagram van beengenesingsproses na fraktuur.(B) Die verskil in die mate van callusvorming van elke oppervlakgroep en (C) die deursneebeeld van die fraktuurplek.(D) TRAP-kleuring om osteoklastaktiwiteit en beenresorpsie te visualiseer.Gebaseer op TRAP aktiwiteit, is die vorming van eksterne callus van kortikale been kwantitatief ontleed deur (E) (1) mikro-CT en (2) osteoklast aktiwiteit.(F) 6 weke na inplanting, X-straalbeelde van die gebreekte been van die blootgestelde negatief (uitgelig deur die rooi gestippelde reghoek) en LOIS (uitgelig deur die blou gestippelde reghoek).Statistiese analise is uitgevoer deur eenrigting-variansieanalise (ANOVA).* P <0,05.** P <0,01.
Kortom, LOIS bied 'n nuwe tipe antibakteriese infeksiestrategie en immuunontsnappingsbedekking vir ortopediese inplantings.Konvensionele ortopediese inplantings met SHP-funksionalisasie vertoon korttermyn anti-biobevuiling eienskappe, maar kan nie hul eienskappe vir 'n lang tyd behou nie.Die superhidrofobisiteit van die substraat vang lugborrels tussen die bakterieë en die substraat vas, en vorm daardeur lugsakke, wat sodoende bakteriële infeksie voorkom.As gevolg van die diffusie van lug word hierdie lugsakke egter maklik verwyder.Aan die ander kant het LOIS sy vermoë om biofilmverwante infeksies te voorkom, goed bewys.As gevolg van die anti-verwerpingseienskappe van die smeermiddellaag wat in die gelaagde mikro/nanostruktuuroppervlak ingespuit word, kan infeksieverwante inflammasie voorkom word.Verskeie karakteriseringsmetodes insluitend SEM-, AFM-, XPS- en CA-metings word gebruik om LOIS-vervaardigingstoestande te optimaliseer.Daarbenewens kan LOIS ook toegepas word op verskeie biologiese materiale wat algemeen in ortopediese fiksasietoerusting gebruik word, soos PLGA, Ti, PE, POM en PPSU.Toe is LOIS in vitro getoets om sy anti-biobevuilingseienskappe teen bakterieë en biologiese stowwe wat verband hou met immuunrespons te bewys.Die resultate toon dat dit uitstekende antibakteriese en anti-biobevuilingseffekte het in vergelyking met die kaal inplantaat.Boonop toon LOIS meganiese sterkte selfs na die toepassing van meganiese spanning, wat onvermydelik is in plastiese chirurgie.As gevolg van die selfgenesende eienskappe van die smeermiddel op die oppervlak van die mikro/nano-struktuur, het LOIS sy anti-biologiese aangroei eienskappe suksesvol behou.Om die bioversoenbaarheid en antibakteriese eienskappe van LOIS in vivo te bestudeer, is LOIS vir 4 weke in konynfemur ingeplant.Geen bakteriële infeksie is waargeneem by konyne wat met LOIS ingeplant is nie.Daarbenewens het die gebruik van IHC 'n verlaagde vlak van plaaslike immuunrespons getoon, wat aandui dat LOIS nie die beengenesingsproses inhibeer nie.LOIS vertoon uitstekende antibakteriese en immuunontduikingseienskappe, en daar is bewys dat dit effektief biofilmvorming voor en tydens ortopediese chirurgie voorkom, veral vir beensintese.Deur 'n konynbeenmurg inflammatoriese femorale fraktuurmodel te gebruik, is die effek van biofilmverwante infeksies op die beengenesingsproses wat deur vooraf geïnkubeerde inplantings geïnduseer word, diep bestudeer.As 'n toekomstige studie is 'n nuwe in vivo-model nodig om moontlike infeksies na inplanting te bestudeer om biofilmverwante infeksies ten volle te verstaan ​​en te voorkom tydens die hele genesingsproses.Daarbenewens is osteoinduksie steeds 'n onopgeloste uitdaging in integrasie met LOIS.Verdere navorsing is nodig om selektiewe adhesie van osteo-induktiewe selle of regeneratiewe medisyne met LOIS te kombineer om die uitdaging te oorkom.In die algemeen verteenwoordig LOIS 'n belowende ortopediese inplantaatbedekking met meganiese robuustheid en uitstekende anti-biobevuiling eienskappe, wat SSI en immuun newe-effekte kan verminder.
Was die 15 mm x 15 mm x 1 mm 304 SS-substraat (Dong Kang M-Tech Co., Korea) in asetoon, EtOH en DI-water vir 15 minute om kontaminante te verwyder.Om 'n mikro/nano-vlak struktuur op die oppervlak te vorm, word die skoongemaakte substraat in 'n 48% tot 51% HF oplossing (DUKSAN Corp., Suid-Korea) by 50°C gedompel.Die etstyd wissel van 0 tot 60 minute.Daarna is die geëtste substraat met gedeïoniseerde water skoongemaak en in 'n 65% HNO3 (Korea DUKSAN Corp.) oplossing by 50°C vir 30 minute geplaas om 'n chroomoksied passiveringslaag op die oppervlak te vorm.Na passivering word die substraat met gedeïoniseerde water gewas en gedroog om 'n substraat met 'n gelaagde struktuur te verkry.Vervolgens is die substraat aan suurstofplasma (100 W, 3 minute) blootgestel en onmiddellik ondergedompel in 'n oplossing van 8.88 mM POTS (Sigma-Aldrich, Duitsland) in tolueen by kamertemperatuur vir 12 uur.Daarna is die substraat bedek met POTS skoongemaak met EtOH, en uitgegloei by 150°C vir 2 uur om 'n digte POTS SAM te verkry.Na SAM-bedekking is 'n smeermiddellaag op die substraat gevorm deur 'n perfluoropolyether smeermiddel (Krytox 101; DuPont, VSA) met 'n laaivolume van 20 μm/cm 2 toe te dien. Voor gebruik, filtreer die smeermiddel deur 'n 0.2 mikron filter.Verwyder oortollige smeermiddel deur teen 'n hoek van 45° vir 15 minute te kantel.Dieselfde vervaardigingsprosedure is gebruik vir ortopediese inplantings gemaak van 304 SS (sluitplaat en kortikale sluitskroef; Dong Kang M-Tech Co., Korea).Alle ortopediese inplantings is ontwerp om by die geometrie van die konynfemur te pas.
Die oppervlak morfologie van die substraat en ortopediese inplantings is geïnspekteer deur veld emissie SEM (Inspekteer F50, FEI, VSA) en AFM (XE-100, Park Systems, Suid-Korea).Die oppervlakruwheid (Ra, Rq) word gemeet deur die oppervlakte van 20 μm met 20 μm (n=4) te vermenigvuldig.'n XPS (PHI 5000 VersaProbe, ULVAC PHI, Japan) stelsel toegerus met 'n Al Kα X-straalbron met 'n kolgrootte van 100μm2 is gebruik om die oppervlak chemiese samestelling te ontleed.'n CA-metingstelsel toegerus met 'n dinamiese beeldvasleggingskamera (SmartDrop, FEMTOBIOMED, ​​​​Suid-Korea) is gebruik om vloeibare CA en SA te meet.Vir elke meting word 6 tot 10 μl druppels (gedeïoniseerde water, perdebloed, EG, 30% etanol en HD) op die oppervlak geplaas om CA te meet.Wanneer die inklinasiehoek van die substraat teen 'n spoed van 2°/s (n = 4) toeneem, word die SA gemeet wanneer die druppel val.
Pseudomonas aeruginosa [American Type Culture Collection (ATCC) 27853] en MRSA (ATCC 25923) is by ATCC (Manassas, Virginia, VSA) gekoop en die voorraadkultuur is by -80°C gehandhaaf.Voor gebruik is die bevrore kultuur in tripsien-ontdooide sojaboonbouillon (Komed, Korea) by 37°C vir 18 uur geïnkubeer en dan twee keer oorgeplaas om dit te aktiveer.Na inkubasie is die kultuur vir 10 minute by 4°C teen 10 000 rpm gesentrifugeer en twee keer met 'n PBS (pH 7.3) oplossing gewas.Die sentrifugeerkultuur word dan op bloedagarplate (BAP) gesubkweek.MRSA en Pseudomonas aeruginosa is oornag voorberei en in Luria-Bertani sous gekweek.Die konsentrasie van Pseudomonas aeruginosa en MRSA in die inokulum is kwantitatief bepaal deur die CFU van die suspensie in reeksverdunnings op agar.Pas dan die bakteriese konsentrasie aan na 0,5 McFarland-standaard, wat gelykstaande is aan 108 CFU/ml.Verdun dan die werkende bakteriese suspensie 100 keer tot 106 CFU/ml.Om die antibakteriese adhesie-eienskappe te toets, is die substraat gesteriliseer by 121°C vir 15 minute voor gebruik.Die substraat is dan oorgedra na 25 ml bakteriese suspensie en geïnkubeer by 37°C met kragtige skud (200 rpm) vir 12 en 72 uur.Na inkubasie is elke substraat uit die broeikas verwyder en 3 keer met PBS gewas om enige drywende bakterieë op die oppervlak te verwyder.Om die biofilm op die substraat waar te neem, is die biofilm vasgemaak met metanol en gekleur met 1 ml krimidien oranje vir 2 minute.Toe is 'n fluoressensiemikroskoop (BX51TR, Olympus, Japan) gebruik om foto's van die gekleurde biofilm te neem.Ten einde die biofilm op die substraat te kwantifiseer, is die aangehegte selle van die substraat geskei deur die kralekolkmetode, wat as die mees geskikte metode beskou is om aangehegte bakterieë te verwyder (n = 4).Gebruik steriele tang, verwyder die substraat uit die groeimedium en tik op die putplaat om oortollige vloeistof te verwyder.Los aangehegte selle is verwyder deur twee keer met steriele PBS te was.Elke substraat is dan oorgedra na 'n steriele proefbuis wat 9 ml 0.1% proteïen ept sout (PSW) en 2 g van 20 tot 25 steriele glaskrale (0.4 tot 0.5 mm in deursnee) bevat het.Dit is dan vir 3 minute gevortex om die selle van die monster los te maak.Na vortexing, is die suspensie serieel 10-voudig verdun met 0.1% PSW, en dan is 0.1 ml van elke verdunning op BAP geënt.Na 24 uur se inkubasie by 37°C, is die CFU met die hand getel.
Vir die selle is muis fibroblaste NIH/3T3 (CRL-1658; Amerikaanse ATCC) en muismakrofage RAW 264.7 (TIB-71; Amerikaanse ATCC) gebruik.Gebruik Dulbecco se gemodifiseerde Eagle-medium (DMEM; LM001-05, Welgene, Korea) om muisfibroblaste te kweek en vul aan met 10% kalfserum (S103-01, Welgene) en 1% penisillien-streptomisien (PS ; LS202-02, Welgene (Welgene) Gebruik DMEM om muismakrofage te kweek, aangevul met 10% fetale beeserum (S001-01, Welgene) en 1% PS Plaas die substraat in 'n sesput selkultuurplaat, En ent die selle teen 105 selle/cm2. Die selle is oornag by 37°C en 5% CO2 geïnkubeer. Vir selkleuring is die selle vir 20 minute gefixeer en in 0.5% Triton X Incubate vir 5 minute in -100 onderdompel by 37°C vir 30 minute Na die inkubasieproses, gebruik die substraat met 4',6-diamino-2-fenilindool (H -1200, Vector Laboratories, VK) VECTASHIELD-fiksasiemedium (n = 4 per sel). , fluoressen, fluoressensie isotiosianaat-albumien (A9771, Sigma-Aldrich, Duitsland) en menslike plasma Die Alexa Fluor 488-gekonjugeerde fibrinogeen (F13191, Invitrogen, VSA) is in PBS (10 mM, pH 7.4) opgelos.Die konsentrasies albumien en fibrinogeen was onderskeidelik 1 en 150 μg/ml.Na die substraat Voordat dit in die proteïenoplossing gedompel word, spoel dit met PBS om die oppervlak te herhidreer.Dompel dan al die substrate in 'n sesput-plaat wat die proteïenoplossing bevat en inkubeer by 37°C vir 30 en 90 minute.Na inkubasie is die substraat dan uit die proteïenoplossing verwyder, 3 keer saggies met PBS gewas en met 4% paraformaldehied (n = 4 vir elke proteïen) vasgemaak.Vir kalsium, is natriumchloried (0,21 M) en kaliumfosfaat (3,77 mM) ) in gedeïoniseerde water opgelos.Die pH van die oplossing is na 2.0 aangepas deur hidrochloriedoplossing (1M) by te voeg.Daarna is kalsiumchloried (5,62 mM) in die oplossing opgelos.Deur 1M tris(hidroksimiel)-amino by te voeg, verstel Metaan die pH van die oplossing na 7,4.Dompel alle substrate in 'n ses-put plaat gevul met 1.5× kalsiumfosfaat oplossing en verwyder uit die oplossing na 30 minute.Vir kleuring, 2 g Alizarin Red S (CI 58005) Meng met 100 ml gedeïoniseerde water.Gebruik dan 10% ammoniumhidroksied om die pH na 4 aan te pas. Kleur die substraat met Alizarin Red oplossing vir 5 minute, en skud dan die oortollige kleurstof af en klad.Na die skudproses, verwyder die substraat.Die materiaal word gedehidreer, dan gedompel in asetoon vir 5 minute, dan gedompel in 'n asetoon-xileen (1:1) oplossing vir 5 minute, en laastens gewas met xileen (n = 4).Fluoresensiemikroskoop (Axio Imager) met ×10 en ×20 objektiewe lense word gebruik..A2m, Zeiss, Duitsland) beeld alle substrate af.ImageJ/FIJI (https://imagej.nih.gov/ij/) is gebruik om die adhesiedata van biologiese stowwe op elke groep van vier verskillende beeldingsareas te kwantifiseer.Skakel alle beelde om na binêre beelde met vaste drempels vir substraatvergelyking.
'n Zeiss LSM 700 konfokale mikroskoop is gebruik om die stabiliteit van die smeermiddellaag in die PBS in refleksiemodus te monitor.Die fluoor-gebaseerde SAM-bedekte glasmonster met 'n ingespuite smeerlaag is in 'n PBS-oplossing gedompel, en getoets met 'n orbitale skudder (SHO-1D; Daihan Scientific, Suid-Korea) onder ligte skudtoestande (120 rpm).Neem dan die monster en monitor die verlies aan smeermiddel deur die verlies van weerkaatste lig te meet.Om fluoressensiebeelde in weerkaatsingsmodus te verkry, word die monster aan 'n 633 nm-laser blootgestel en dan versamel, omdat die lig van die monster teruggereflekteer sal word.Die monsters is met tydintervalle van 0, 30, 60 en 120 uur gemeet.
Ten einde die invloed van die oppervlakmodifikasieproses op die nanomeganiese eienskappe van ortopediese inplantings te bepaal, is 'n nano-indenter (TI 950 TriboIndenter, Hysitron, VSA) toegerus met 'n driesydige piramidevormige Berkovich-diamantpunt gebruik om nano-indenedion te meet.Die pieklading is 10 mN en die area is 100μmx 100μm.Vir alle metings is die laai- en aflaaityd 10 s, en die houtyd onder piekinspringlading is 2 s.Neem metings van vyf verskillende plekke en neem die gemiddelde.Ten einde die meganiese sterkteprestasie onder belasting te evalueer, is 'n dwars driepuntbuigtoets uitgevoer met behulp van 'n universele toetsmasjien (Instron 5966, Instron, VSA).Die substraat word saamgepers teen 'n konstante tempo van 10 N/s met 'n verhoogde las.Die Bluehill Universal sagteware program (n = 3) is gebruik om die buigmodulus en maksimum drukspanning te bereken.
Ten einde die operasieproses en die verwante meganiese skade wat tydens die operasie veroorsaak is, te simuleer, is die operasieproses in vitro uitgevoer.Die femurs is van die tereggestelde Nieu-Seelandse wit hase versamel.Die femur is vir 1 week skoongemaak en in 4% paraformaldehied vasgemaak.Soos beskryf in die diereeksperiment metode, is die vaste femur chirurgies geopereer.Na die operasie is die ortopediese inplantaat vir 10 s in bloed (perdebloed, KISAN, Korea) gedompel om te bevestig of bloedadhesies plaasgevind het nadat die meganiese besering toegedien is (n = 3).
'n Totaal van 24 manlike Nieu-Seelandse wit hase (gewig 3.0 tot 3.5 kg, gemiddelde ouderdom 6 maande) is ewekansig in vier groepe verdeel: naak negatief, naak positief, SHP en LOIS.Alle prosedures waarby diere betrokke is, is uitgevoer in ooreenstemming met die etiese standaarde van die Institusionele Dieresorg- en Gebruikskomitee (IACUC goedgekeur, KOREA-2017-0159).Die ortopediese inplanting bestaan ​​uit 'n sluitplaat met vyf gate (lengte 41 mm, breedte 7 mm en dikte 2 mm) en kortikale sluitskroewe (lengte 12 mm, deursnee 2,7 mm) vir fraktuurfiksasie.Behalwe vir daardie plate en skroewe wat in die kaal-negatiewe groep gebruik is, is alle plate en skroewe vir 12 uur in MRSA-suspensie (106 CFU/ml) geïnkubeer.Die naakte-negatiewe groep (n=6) is behandel met kaal oppervlak-inplantings sonder blootstelling aan bakteriese suspensie, as 'n negatiewe beheer vir infeksie.Die kaal positiewe groep (n = 6) is behandel met 'n kaal oppervlak inplanting wat aan bakterieë blootgestel is as 'n positiewe beheer vir infeksie.Die SHP-groep (n = 6) is met bakterieë blootgestelde SHP-inplantings behandel.Laastens is die LOIS-groep behandel met bakterieë-blootgestelde LOIS-inplantings (n = 6).Alle diere word in 'n hok aangehou, en baie kos en water word voorsien.Voor die operasie is die hase vir 12 uur gevas.Die diere is verdoof deur binnespierse inspuiting van xylasien (5mg/kg) en binneaarse inspuiting van paclitaxel (3mg/kg) vir induksie.Lewer daarna 2% isofluraan en 50% tot 70% mediese suurstof (vloeitempo 2 L/min) deur die respiratoriese stelsel om narkose te handhaaf.Dit word ingeplant deur 'n direkte benadering tot die laterale femur.Na haarverwydering en povidoon-jodium ontsmetting van die vel, is 'n insnyding van ongeveer 6 cm lank aan die buitekant van die linker middelste femur gemaak.Deur die gaping tussen die spiere wat die femur bedek, oop te maak, word die femur ten volle ontbloot.Plaas die plaat voor die femorale skag en maak dit met vier skroewe vas.Na fiksasie, gebruik 'n saaglem (1 mm dik) om kunsmatig 'n breuk in die area tussen die tweede gaatjie en die vierde gat te skep.Aan die einde van die operasie is die wond met soutoplossing gewas en met hechtings toegemaak.Elke haas is onderhuids ingespuit met enrofloxacin (5 mg/kg) wat een derde in sout verdun is.Postoperatiewe X-strale van die femur is in alle diere (0, 7, 14, 21, 28 en 42 dae) geneem om die osteotomie van die been te bevestig.Na diep narkose is alle diere op 28 en 42 dae deur binneaarse KCl (2 mmol/kg) doodgemaak.Na uitvoering is die femur deur mikro-CT geskandeer om die beengenesingsproses en nuwe beenvorming tussen die vier groepe waar te neem en te vergelyk.
Na uitvoering is die sagte weefsels wat in direkte kontak met die ortopediese inplantings was, versamel.Die weefsel is oornag in 10% neutraal gebufferde formalien gefixeer en dan in EtOH gedehidreer.Die gedehidreerde weefsel is in paraffien ingebed en teen 'n dikte van 40 μm deur gebruik te maak van 'n mikrotoom (400CS; EXAKT, Duitsland).Om die infeksie te visualiseer, is H&E-kleuring en MT-kleuring uitgevoer.Om die gasheerreaksie na te gaan, is die gesnede weefsel geïnkubeer met konyn anti-TNF-α primêre teenliggaampie (AB6671, Abcam, VSA) en konyn anti-IL-6 (AB6672; Abcam, VSA), en dan behandel met peperwortel.Oksidase.Dien die avidien-biotienkompleks (ABC) kleurstelsel toe op die afdelings volgens die vervaardiger se instruksies.Om as 'n bruin reaksieproduk te verskyn, is 3,3-diaminobenzidien in alle dele gebruik.'n Digitale skyfieskandeerder (Pannoramic 250 Flash III, 3DHISTECH, Hongarye) is gebruik om alle skywe te visualiseer, en ten minste vier substrate in elke groep is deur ImageJ-sagteware ontleed.
X-straalbeelde is geneem in alle diere na die operasie en elke week om fraktuurgenesing te monitor (n=6 per groep).Na uitvoering is hoë-resolusie mikro-CT gebruik om die vorming van callus rondom die femur na genesing te bereken.Die verkry femur is skoongemaak, in 4% paraformaldehied vir 3 dae vasgemaak en in 75% etanol gedehidreer.Die ontwaterde bene is dan geskandeer deur mikro-CT (SkyScan 1173, Brooke Micro-CT, Kandy, België) te gebruik om 3D voxel-beelde (2240×2240 piksels) van die beenmonster te genereer.Gebruik 1.0 mm Al-filter om seingeraas te verminder en pas hoë resolusie toe op alle skanderings (E = 133 kVp, I = 60 μA, integrasietyd = 500 ms).Nrecon-sagteware (weergawe 1.6.9.8, Bruker microCT, Kontich, België) is gebruik om 'n 3D-volume van die geskandeerde monster vanaf die verworwe 2D-laterale projeksie te genereer.Vir ontleding word die 3D-gerekonstrueerde beeld in 10mm×10mm×10mm-kubusse verdeel volgens die breukplek.Bereken die eelt buite die kortikale been.DataViewer (weergawe 1.5.1.2; Bruker microCT, Kontich, België) sagteware is gebruik om die geskandeerde beenvolume digitaal te herlei, en CT-Analyzer (weergawe 1.14.4.1; Bruker microCT, Kontich, België) sagteware is vir analise gebruik.Die relatiewe x-straal absorpsie koëffisiënte in volwasse been en callus word onderskei deur hul digtheid, en dan word die volume callus gekwantifiseer (n = 4).Om te bevestig dat die bioverenigbaarheid van LOIS nie die beengenesingsproses vertraag nie, is bykomende X-straal- en mikro-CT-analise in twee konyne uitgevoer: die naakte-negatiewe en LOIS-groepe.Beide groepe is in die 6de week tereggestel.
Die femurs van geofferde diere is versamel en vir 3 dae in 4% paraformaldehied gefixeer.Die ortopediese inplanting word dan versigtig van die femur verwyder.Die femur is vir 21 dae ontkalk deur 0,5 M EDTA (EC-900, National Diagnostics Corporation) te gebruik.Toe is die ontkalkte femur in EtOH gedompel om dit ontwater te maak.Die gedehidreerde femur is in xileen verwyder en in paraffien ingebed.Daarna is die monster gesny met 'n outomatiese roterende mikrotoom (Leica RM2255, Leica Biosystems, Duitsland) met 'n dikte van 3 μm.Vir TRAP-kleuring (F6760, Sigma-Aldrich, Duitsland), is die gesnyde monsters gedeparaffien gemaak, herhidreer en in TRAP-reagens by 37°C vir 1 uur geïnkubeer.Beelde is verkry met behulp van 'n skyfieskandeerder (Pannoramic 250 Flash III, 3DHISTECH, Hongarye) en gekwantifiseer deur die areabedekking van die gekleurde area te meet.In elke eksperiment is ten minste vier substrate in elke groep deur ImageJ-sagteware ontleed.
Statistiese beduidendheidsanalise is uitgevoer met behulp van GraphPad Prism (GraphPad Software Inc., VSA).Ongepaarde t-toets en eenrigting-variansieanalise (ANOVA) is gebruik om die verskille tussen die evalueringsgroepe te toets.Die betekenisvlak word soos volg in die figuur aangedui: *P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001 en ****P<0.0001;NS, geen noemenswaardige verskil nie.
Vir aanvullende materiaal vir hierdie artikel, sien asseblief http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/44/eabb0025/DC1
Hierdie is 'n ooptoegang-artikel wat versprei word onder die bepalings van die Creative Commons Erkenning-Nie-Kommersiële Lisensie, wat die gebruik, verspreiding en reproduksie in enige medium toelaat, solank die gebruik nie vir kommersiële gewin is nie en die uitgangspunt is dat die oorspronklike werk is korrek.Verwysing.
Let wel: Ons vra jou net om 'n e-posadres te verskaf sodat die persoon wat jy by die bladsy aanbeveel weet dat jy wil hê hulle moet die e-pos sien en dat die e-pos nie strooipos is nie.Ons sal geen e-posadresse vaslê nie.
Hierdie vraag word gebruik om te toets of jy 'n menslike besoeker is en om outomatiese strooiposvoorleggings te voorkom.
Choe Kyung Min, Oh Young Jang, Park Jun Joon, Lee Jin Hyuk, Kim Hyun Cheol, Lee Kyung Moon, Lee Chang Kyu, Lee Yeon Taek, Lee Sun-uck, Jeong Morui
Die antibakteriese en immuun-ontsnapbedekkings van ortopediese inplantings kan infeksies en immuunreaksies wat deur infeksies veroorsaak word, verminder.
Choe Kyung Min, Oh Young Jang, Park Jun Joon, Lee Jin Hyuk, Kim Hyun Cheol, Lee Kyung Moon, Lee Chang Kyu, Lee Yeon Taek, Lee Sun-uck, Jeong Morui
Die antibakteriese en immuun-ontsnapbedekkings van ortopediese inplantings kan infeksies en immuunreaksies wat deur infeksies veroorsaak word, verminder.
©2021 American Association for the Advancement of Science.alle regte voorbehou.AAAS is 'n vennoot van HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef en COUNTER.ScienceAdvances ISSN 2375-2548.