Ortopedik implant əməliyyatı keçirən xəstələr üçün bakterial infeksiyalar və infeksiyanın səbəb olduğu immun reaksiyalar həmişə həyatı üçün təhlükə yaradan risklər olub.Adi bioloji materiallar bioloji çirklənməyə həssasdır, bu da bakteriyaların zədələnmiş əraziyə nüfuz etməsinə və əməliyyatdan sonrakı infeksiyaya səbəb olur.Buna görə də ortopedik implantlar üçün infeksiya əleyhinə və immunescape örtüklərinin hazırlanmasına təcili ehtiyac var.Burada, biz sürahi bitki küplərinin hamar səthindən ilhamlanan Yağlanmış Ortopedik İmplant Səthi (LOIS) adlı ortopedik implantlar üçün qabaqcıl səth modifikasiyası texnologiyasını inkişaf etdirdik.LOIS müxtəlif mayelərə və bioloji maddələrə (hüceyrələr, zülallar, kalsium və bakteriyalar daxil olmaqla) uzunmüddətli və güclü maye itələyici xüsusiyyətə malikdir.Bundan əlavə, biz in vitro cərrahiyyə zamanı qaçılmaz zərəri simulyasiya edərək cızıqlara və bərkitmə qüvvəsinə qarşı mexaniki dayanıqlığı təsdiqlədik.Dovşan sümük iliyinin iltihablı bud sümüyü sınığı modeli LOIS-in anti-bioloji miqyasını və infeksiyaya qarşı qabiliyyətini hərtərəfli öyrənmək üçün istifadə edilmişdir.Antibiofouling xüsusiyyətlərinə və mexaniki dayanıqlığa malik LOIS-in infeksiyasız ortopedik cərrahiyyədə irəliyə doğru bir addım olduğunu düşünürük.
Bu gün ümumi yaşlanma ilə əlaqədar olaraq ortopedik xəstəliklərdən (yaşlı sınıqlar, degenerativ oynaq xəstəlikləri və osteoporoz kimi) xəstələrin sayı xeyli artmışdır (1, 2).Buna görə də tibb müəssisələri ortopedik cərrahiyyəyə, o cümlədən vintlər, lövhələr, dırnaqlar və süni oynaqların ortopedik implantasiyasına böyük əhəmiyyət verirlər (3, 4).Bununla belə, ənənəvi ortopedik implantların əməliyyatdan sonra cərrahi sahə infeksiyasına (SSI) səbəb ola biləcək bakterial yapışma və biofilm əmələ gəlməsinə həssas olduğu bildirilmişdir (5, 6).Ortopedik implantın səthində biofilm əmələ gəldikdən sonra böyük dozada antibiotiklərin istifadəsi ilə belə biofilmin çıxarılması son dərəcə çətinləşir.Buna görə də adətən əməliyyatdan sonrakı ağır infeksiyalara gətirib çıxarır (7, 8).Yuxarıda göstərilən problemlərə görə, yoluxmuş implantların müalicəsi bütün implantların və ətraf toxumaların çıxarılması da daxil olmaqla təkrar əməliyyatı əhatə etməlidir;buna görə də xəstə şiddətli ağrı və bəzi risklərə məruz qalacaq (9, 10).
Bu problemlərin bəzilərini həll etmək üçün səthə yapışmış bakteriyaları aradan qaldıraraq infeksiyanın qarşısını almaq üçün dərman tərkibli ortopedik implantlar hazırlanmışdır (11, 12).Bununla belə, strategiya hələ də bir sıra məhdudiyyətlər göstərir.Dərman salan implantların uzun müddətli implantasiyasının ətrafdakı toxumaların zədələnməsinə səbəb olduğu və nekrozla nəticələnə bilən iltihaba səbəb olduğu bildirilmişdir (13, 14).Bundan əlavə, ABŞ Qida və Dərman Administrasiyası tərəfindən qəti şəkildə qadağan edilən, narkotik tərkibli ortopedik implantların istehsal prosesindən sonra mövcud ola biləcək üzvi həlledicilər onun standartlarına cavab vermək üçün əlavə təmizləmə addımları tələb edir (15).Dərman çıxaran implantlar dərmanların nəzarətli şəkildə buraxılması üçün çətinlik yaradır və onların məhdud dərman yüklənməsi səbəbindən dərmanın uzunmüddətli tətbiqi mümkün deyil (16).
Digər ümumi strategiya, bioloji maddələrin və bakteriyaların səthə yapışmasının qarşısını almaq üçün implantı antifouling polimer ilə örtməkdir (17).Məsələn, zwitterion polimerləri plazma zülalları, hüceyrələr və bakteriyalarla təmasda olduqda yapışmayan xüsusiyyətlərinə görə diqqəti cəlb etmişdir.Bununla belə, uzunmüddətli sabitlik və mexaniki dayanıqlıqla bağlı bəzi məhdudiyyətlərə malikdir ki, bu da onun ortopedik implantlarda praktik tətbiqinə mane olur, xüsusən də cərrahi əməliyyatlar zamanı mexaniki qırıntılar (18, 19).Bundan əlavə, yüksək biouyğunluğu, çıxarılması əməliyyatına ehtiyac olmaması və korroziya yolu ilə səthi təmizləmə xüsusiyyətlərinə görə, bioloji parçalana bilən materiallardan hazırlanmış ortopedik implantlardan istifadə edilmişdir (20, 21).Korroziya zamanı polimer matrisi arasındakı kimyəvi bağlar parçalanır və səthdən ayrılır və yapışan maddələr səthi təmizləyir.Bununla belə, səthin təmizlənməsi ilə anti-bioloji çirklənmə qısa müddətdə təsirli olur.Bundan əlavə, poli(süd turşusu-qlikolik turşu kopolimeri) (PLGA), polilaktik turşu (PLA) və maqnezium əsaslı ərintilər daxil olmaqla, sorula bilən materialların əksəriyyəti bədəndə qeyri-bərabər biodeqradasiyaya və eroziyaya məruz qalacaq ki, bu da mexaniki dayanıqlığa mənfi təsir göstərəcək.(iyirmi iki).Bundan əlavə, bioloji parçalana bilən boşqab parçaları bakteriya üçün bir yer təmin edir ki, bu da uzun müddətdə infeksiya şansını artırır.Bu mexaniki deqradasiya və infeksiya riski plastik cərrahiyyənin praktik tətbiqini məhdudlaşdırır (23).
Lotus yarpaqlarının iyerarxik quruluşunu təqlid edən superhidrofobik (SHP) səthlər çirklənməyə qarşı səthlər üçün potensial həll yolu olmuşdur (24, 25).SHP səthi mayeyə batırıldıqda, hava qabarcıqları tutulacaq və bununla da hava cibləri əmələ gələcək və bakteriyanın yapışmasının qarşısını alacaq (26).Bununla belə, son tədqiqatlar göstərdi ki, SHP səthinin tibbi implantlarda tətbiqinə mane olan mexaniki dayanıqlıq və uzunmüddətli sabitliklə bağlı çatışmazlıqlar var.Üstəlik, hava cibləri əriyəcək və çirklənməyə qarşı xüsusiyyətlərini itirəcək, beləliklə, SHP səthinin böyük səth sahəsinə görə daha geniş bakterial yapışma ilə nəticələnəcək (27, 28).Bu yaxınlarda, Aizenberg və həmkarları Nepenthes küp bitkisindən ilhamlanaraq hamar bir səth hazırlayaraq, bioloji çirklənməyə qarşı səth örtüyünün innovativ üsulunu təqdim etdilər (29, 30).Hamar səth hidravlik şəraitdə uzunmüddətli sabitlik nümayiş etdirir, bioloji mayelərə qarşı son dərəcə maye itələyicidir və özünü bərpa edən xüsusiyyətlərə malikdir.Bununla belə, nə mürəkkəb formalı tibbi implanta örtük tətbiq etmək üsulu var, nə də implantasiyadan sonra zədələnmiş toxumanın sağalma prosesini dəstəklədiyi sübuta yetirilməyib.
Burada, biz yağlanmış ortopedik implant səthini (LOIS), mikro/nano-strukturlu ortopedik implant səthini təqdim edirik və onun plastik cərrahiyyə ilə əlaqələndirilməsinin qarşısını almaq üçün nazik sürtkü təbəqəsi ilə sıx birləşir. Sınıq fiksasiyası kimi bakterial infeksiyalar.Flüorla işləyən mikro/nano səviyyəli struktur sürtkü yağını strukturda möhkəm şəkildə sabitlədiyi üçün hazırlanmış LOIS müxtəlif mayelərin yapışmasını tam dəf edə və uzun müddət çirklənməyə qarşı performansını qoruya bilər.LOIS örtükləri sümük sintezi üçün nəzərdə tutulmuş müxtəlif formalı materiallara tətbiq oluna bilər.LOIS-in biofilm bakteriyalarına [Pseudomonas aeruginosa və metisillinə davamlı Staphylococcus aureus (MRSA)] və bioloji maddələrə (hüceyrələr, zülallar və kalsium) qarşı əla anti-biofouling xassələri in vitroda təsdiq edilmişdir.Substrata geniş yapışmanın yapışma dərəcəsi 1% -dən azdır.Bundan əlavə, səthin cızılması kimi mexaniki gərginlik baş verdikdən sonra belə, nüfuz edən sürtkü yağının yaratdığı öz-özünə sağalma onun çirklənmə əleyhinə xüsusiyyətlərini saxlamağa kömək edir.Mexanik davamlılıq testinin nəticələri göstərir ki, hətta struktur və kimyəvi modifikasiyadan sonra da ümumi möhkəmlik əhəmiyyətli dərəcədə azalmayacaq.Bundan əlavə, LOIS-in plastik cərrahiyyə zamanı baş verən müxtəlif mexaniki gərginliklərə tab gətirə biləcəyini sübut etmək üçün cərrahi mühitdə mexaniki gərginliyi simulyasiya edən in vitro təcrübə aparılmışdır.Nəhayət, LOIS-in üstün antibakterial xüsusiyyətlərə və biouyğunluğa malik olduğunu sübut edən dovşan əsaslı in vivo femur sınığı modelindən istifadə etdik.Radioloji və histoloji nəticələr implantasiyadan sonra 4 həftə ərzində stabil sürtkü davranışı və anti-biofouling xüsusiyyətlərinin sümüklərin sağalma prosesini gecikdirmədən effektiv infeksiyaya qarşı və immunitetdən qaçma performansına nail ola biləcəyini təsdiqlədi.
Şəkil 1A mükəmməl anti-bioloji çirklənmə və infeksiya əleyhinə xüsusiyyətlərini təsdiqləmək üçün dovşan bud sümüyü sınığı modelində mikro/nano-miqyaslı strukturlarla implantasiya edilmiş hazırlanmış LOIS-in sxematik diaqramını göstərir.Su qabı bitkisinin səthini simulyasiya etmək və səthin mikro/nano strukturuna sürtkü qatını daxil etməklə bio-kirlənmənin qarşısını almaq üçün biomimetik üsul həyata keçirilir.Sürtkü ilə vurulan səth bioloji maddələrlə səth arasındakı təması minimuma endirə bilər.Buna görə də, səthdə sabit kimyəvi bağların meydana gəlməsinə görə, mükəmməl antifouling performansına və uzunmüddətli sabitliyə malikdir.Nəticədə, sürtgü səthinin anti-biofouling xüsusiyyətləri biotibbi tədqiqatlarda müxtəlif praktik tətbiqlərə imkan verir.Ancaq bu xüsusi səthin bədəndə necə qarşılıqlı təsir göstərdiyinə dair geniş araşdırmalar hələ tamamlanmayıb.Albumin və biofilm bakteriyalarından istifadə edərək LOIS-i çılpaq substratlarla in vitro müqayisə etməklə, LOIS-in yapışmaması təsdiqlənə bilər (Şəkil 1B).Bundan əlavə, su damcılarını maili çılpaq substratda və LOIS substratında yuvarlamaqla (Şəkil S1 və Film S1), bioloji çirklənmə performansını nümayiş etdirmək olar.Flüoresan mikroskop görüntüsündə göstərildiyi kimi, zülal və bakteriyalardan ibarət süspansiyonda inkubasiya edilmiş məruz qalmış substrat səthə yapışan böyük miqdarda bioloji material göstərdi.Bununla belə, əla anti-biofouling xüsusiyyətlərinə görə, LOIS çətin ki, heç bir flüoresan göstərir.Antibiofouling və antiinfeksiya xüsusiyyətlərini təsdiqləmək üçün LOIS sümük sintezi üçün ortopedik implantların səthinə tətbiq edildi (plitələr və vintlər) və dovşan sınığı modelinə yerləşdirildi.İmplantasiyadan əvvəl çılpaq ortopedik implant və LOIS 12 saat ərzində bakterial süspansiyonda inkubasiya edilmişdir.Əvvəlcədən inkubasiya müqayisə üçün məruz qalmış implantın səthində biofilmin əmələ gəlməsini təmin edir.Şəkil 1C implantasiyadan 4 həftə sonra sınıq yerinin şəklini göstərir.Solda, çılpaq ortopedik implantı olan bir dovşan, implantın səthində biofilmin meydana gəlməsi səbəbindən şiddətli bir iltihab səviyyəsini göstərdi.LOİS implantasiya edilmiş dovşanlarda əks nəticə müşahidə olunub, yəni LOİS-in ətraf toxumalarında nə infeksiya, nə də iltihab əlamətləri müşahidə olunub.Bundan əlavə, solda olan optik təsvir dovşanın məruz qalmış implantı olan cərrahiyyə sahəsini göstərir və LOIS səthində ifşa olunmuş implantın səthində mövcud olan çoxsaylı yapışdırıcıların aşkar edilmədiyini göstərir.Bu, LOIS-in uzunmüddətli sabitliyə malik olduğunu və anti-bioloji çirklənmə və yapışma əleyhinə xüsusiyyətlərini saxlamaq qabiliyyətinə malik olduğunu göstərir.
(A) LOIS-in sxematik diaqramı və onun dovşan bud sümüyü sınığı modelində implantasiyası.(B) çılpaq səthdə və LOIS substratında protein və bakterial biofilmin floresan mikroskopiya şəkli.İmplantasiyadan 4 həftə sonra (C) sınıq yerinin fotoşəkli və (D) rentgen şəkli (qırmızı düzbucaqlı ilə vurğulanır).Şəkil nəzakəti: Kyomin Chae, Yonsei Universiteti.
Sterilizasiya olunmuş, məruz qalmış mənfi implantasiya edilmiş dovşanlar iltihab və ya infeksiya əlaməti olmadan normal sümük sağalma prosesini göstərdi.Digər tərəfdən, bakterial süspansiyonda əvvəlcədən inkubasiya edilmiş SHP implantları ətrafdakı toxumalarda infeksiya ilə əlaqəli iltihabı nümayiş etdirir.Bu, uzun müddət bakterial yapışmanı maneə törədə bilməməsi ilə əlaqələndirilə bilər (Şəkil S2).LOIS-in sağalma prosesinə təsir etmədiyini, lakin implantasiya ilə bağlı mümkün infeksiyaları maneə törətdiyini sübut etmək üçün sınıq yerində ifşa olunmuş müsbət matrisin və LOİS-in rentgen şəkilləri müqayisə edilmişdir (Şəkil 1D).Çılpaq pozitiv implantın rentgen şəkli sümükün tam sağalmadığını göstərən davamlı osteoliz xətlərini göstərdi.Bu, infeksiya ilə əlaqəli iltihab səbəbiylə sümük bərpa prosesinin çox gecikə biləcəyini göstərir.Əksinə, LOIS implantasiya edilmiş dovşanların sağaldığını və heç bir aşkar qırıq yeri göstərmədiyini göstərdi.
Uzunmüddətli sabitliyə və funksionallığa (o cümlədən bio-kirlənməyə qarşı müqavimətə) malik tibbi implantların hazırlanması üçün çoxlu səylər göstərilmişdir.Bununla belə, müxtəlif bioloji maddələrin olması və toxumaların yapışma dinamikası onların klinik cəhətdən etibarlı üsullarının inkişafını məhdudlaşdırır.Bu çatışmazlıqları aradan qaldırmaq üçün, ən hamar sürtkü yağını maksimum dərəcədə saxlamaq üçün yüksək kapilyar qüvvə və kimyəvi yaxınlıq sayəsində optimallaşdırılmış mikro/nano laylı struktur və kimyəvi cəhətdən dəyişdirilmiş səth hazırlamışıq.Şəkil 2A LOIS-in ümumi istehsal prosesini göstərir.Əvvəlcə tibbi dərəcəli paslanmayan poladdan (SS) 304 substrat hazırlayın.İkincisi, hidrofluorik turşu (HF) məhlulundan istifadə edərək kimyəvi aşındırma yolu ilə SS substratında mikro/nano struktur formalaşır.SS-nin korroziyaya davamlılığını bərpa etmək üçün həkk olunmuş substratı emal etmək üçün azot turşusu (HNO3) məhlulu (31) istifadə olunur.Passivasiya SS substratının korroziyaya davamlılığını artırır və LOIS-in ümumi performansını azalda biləcək korroziya prosesini əhəmiyyətli dərəcədə yavaşlatır.Daha sonra, 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooktiltrietoksisilan (POTS) ilə öz-özünə yığılmış monolayer (SAM) yaratmaqla, səth və hamar sürtkü Affinity arasındakı kimyəvi qarşılıqlı əlaqəni yaxşılaşdırmaq üçün səth kimyəvi cəhətdən dəyişdirilir.Səth modifikasiyası hamar sürtkü yağının səth enerjisinə uyğun gələn hazırlanmış mikro/nano-miqyaslı strukturlaşdırılmış səthin səth enerjisini əhəmiyyətli dərəcədə azaldır.Bu, sürtkü yağının tamamilə islanmasına imkan verir və bununla da səthdə sabit sürtkü qatı əmələ gətirir.Modifikasiya edilmiş səth gücləndirilmiş hidrofobiklik nümayiş etdirir.Nəticələr göstərir ki, sürüşkən sürtkü mikro/nano strukturun yaratdığı yüksək kimyəvi yaxınlıq və kapilyar qüvvə səbəbindən LOIS-də sabit davranış nümayiş etdirir (32, 33).Səth modifikasiyası və sürtkü yağının vurulmasından sonra SS-nin səthində baş verən optik dəyişikliklər tədqiq edilmişdir.Səthdə əmələ gələn mikro/nano qatlı struktur vizual dəyişikliklərə səbəb ola bilər və səthi qaraldır.Bu fenomen kobud səthdə işıq tutma mexanizminin yaratdığı diffuz əksetməni artıran gücləndirilmiş işığın səpilmə təsiri ilə əlaqələndirilir (34).Bundan əlavə, sürtkü vurulduqdan sonra LOIS daha qaranlıq olur.Yağlayıcı təbəqə substratdan daha az işığın əks olunmasına səbəb olur və bununla da LOIS-i qaraldır.Ən kiçik sürüşmə bucağını (SA) göstərmək üçün mikrostruktur/nanostrukturu optimallaşdırmaq üçün biotozlanmaya qarşı performansa nail olmaq üçün müxtəlif HF aşındırma vaxtlarını yerinə yetirmək üçün skan edən elektron mikroskopiya (SEM) və atom cütlərindən istifadə edilmişdir (0, 3)., 15 və 60 dəqiqə) Qüvvə Mikroskopu (AFM) (Şəkil 2B).SEM və AFM təsvirləri göstərir ki, qısa müddət ərzində aşındırma (3 dəqiqəlik aşındırma) sonra çılpaq substrat qeyri-bərabər nano-miqyaslı pürüzlülük əmələ gətirir.Səthin pürüzlülüyü aşındırma vaxtı ilə dəyişir (Şəkil S3).Zamanla dəyişən əyri göstərir ki, səth pürüzlülüyü artmaqda davam edir və aşındırmadan 15 dəqiqə sonra pik həddinə çatır və sonra 30 dəqiqəlik aşındırma zamanı pürüzlülük dəyərində yalnız bir qədər azalma müşahidə olunur.Bu nöqtədə nano səviyyəli pürüzlülük silinir, mikrosəviyyəli pürüzlülük isə güclü şəkildə inkişaf edərək, pürüzlülük dəyişikliyini daha sabit edir.30 dəqiqədən çox sürtmədən sonra pürüzlülüyün daha da artması müşahidə olunur ki, bu da aşağıdakı kimi ətraflı izah olunur: SS poladdan ibarətdir, dəmir, xrom, nikel, molibden və bir çox başqa elementlər daxil olmaqla elementlərlə ərintilidir.Bu elementlər arasında dəmir, xrom və molibden HF ilə aşındırmaqla SS-də mikron/nano-miqyaslı pürüzlülüyün formalaşmasında mühüm rol oynayır.Korroziyanın erkən mərhələlərində dəmir və xrom əsasən korroziyaya məruz qalır, çünki molibden molibdendən daha yüksək korroziyaya davamlıdır.Aşınma irəlilədikcə aşındırma məhlulu yerli həddindən artıq doymaya çatır, aşındırma nəticəsində yaranan ftoridlər və oksidlər əmələ gətirir.Flüorid və oksid çöküntü edir və nəticədə səthdə yenidən çökür, mikron/nano diapazonunda səth pürüzlülük əmələ gətirir (31).Bu mikro/nano səviyyəli pürüzlülük LOIS-in özünü sağaltma xüsusiyyətlərində mühüm rol oynayır.İkiqat miqyaslı səth kapilyar qüvvəni əhəmiyyətli dərəcədə artıraraq sinergik təsir yaradır.Bu fenomen sürtkü yağının səthə sabit şəkildə nüfuz etməsinə imkan verir və özünü müalicə xüsusiyyətlərinə kömək edir (35).Kobudluğun əmələ gəlməsi aşındırma müddətindən asılıdır.10 dəqiqəlik aşındırma müddətində səthdə yalnız nano-miqyaslı pürüzlülük var ki, bu da bioloji çirklənməyə qarşı müqavimət göstərmək üçün kifayət qədər sürtkü materialını saxlamaq üçün kifayət deyil (36).Digər tərəfdən, aşındırma müddəti 30 dəqiqədən çox olarsa, dəmir və xromun yenidən çökməsi nəticəsində yaranan nano miqyaslı pürüzlülük yox olacaq və molibden hesabına yalnız mikro miqyaslı pürüzlülük qalacaq.Həddindən artıq həkk olunmuş səth nano-miqyaslı pürüzlülükdən məhrumdur və iki mərhələli pürüzlülüyün sinerji təsirini itirir, bu da LOIS-in özünü sağaltma xüsusiyyətlərinə mənfi təsir göstərir.Çirklənmə əleyhinə performansı sübut etmək üçün müxtəlif aşındırma müddətləri olan substratlarda SA ölçmələri aparılmışdır.Özlülük və səth enerjisi əsasında müxtəlif növ mayelər seçilmişdir, o cümlədən deionlaşdırılmış (DI) su, qan, etilen qlikol (EG), etanol (EtOH) və heksadekan (HD) (Şəkil S4).Zamanla dəyişən aşındırma nümunəsi göstərir ki, müxtəlif səth enerjiləri və özlülükləri olan müxtəlif mayelər üçün 15 dəqiqəlik aşındırmadan sonra LOIS SA ən aşağıdır.Buna görə də, LOIS mikron və nano-miqyaslı pürüzlülük yaratmaq üçün 15 dəqiqə ərzində aşındırmaq üçün optimallaşdırılmışdır ki, bu da sürtkü yağının davamlılığını və mükəmməl çirklənmə əleyhinə xüsusiyyətlərini effektiv şəkildə saxlamaq üçün uyğundur.
(A) LOIS-in dörd addımlı istehsal prosesinin sxematik diaqramı.İçəridə substratda əmələ gələn SAM göstərilir.(B) SEM və AFM şəkilləri, müxtəlif aşındırma müddətləri altında substratın mikro/nano strukturunu optimallaşdırmaq üçün istifadə olunur.Səthin passivləşməsi və SAM örtüyündən sonra (C) Cr2p və (D) F1-lərin rentgen fotoelektron spektroskopiyası (XPS) spektrləri.au, ixtiyari vahid.(E) Çılpaq, həkk olunmuş, SHP və LOIS substratlarında su damcılarının təsviri.(F) SHP və LOIS-də müxtəlif səth gərginliyi olan mayelərin təmas bucağı (CA) və SA ölçülməsi.Məlumatlar orta ± SD kimi ifadə edilir.
Sonra səthin kimyəvi xassələrindəki dəyişikliyi təsdiqləmək üçün hər bir səth örtüyündən sonra substrat səthinin kimyəvi tərkibinin dəyişməsini öyrənmək üçün rentgen fotoelektron spektroskopiyasından (XPS) istifadə edilmişdir.Şəkil 2C HF ilə işlənmiş səthin və HNO 3 ilə işlənmiş səthin XPS ölçmə nəticələrini göstərir.587.3 və 577.7 eV-də iki əsas zirvə HF ilə işlənmiş səthdən əsas fərq olan xrom oksidi təbəqəsində mövcud olan Cr-O bağına aid edilə bilər.Bu, əsasən HNO3 tərəfindən səthdə dəmir və xrom ftorid istehlakı ilə əlaqədardır.HNO3 əsaslı aşındırma xromun səthdə passivləşdirici oksid təbəqəsi əmələ gətirməsinə imkan verir ki, bu da oyulmuş SS-ni yenidən korroziyaya davamlı edir.Şəkil 2D-də hətta EG, qan və EtOH üçün olduqca yüksək maye itələyici xüsusiyyətə malik olan SAM örtüyündən sonra səthdə flüorokarbon əsaslı silanın əmələ gəldiyini təsdiqləmək üçün XPS spektrləri əldə edilmişdir.SAM örtüyü silan funksional qruplarının plazma müalicəsi nəticəsində əmələ gələn hidroksil qrupları ilə reaksiya verməsi ilə tamamlanır.Nəticədə CF2 və CF3 piklərində əhəmiyyətli artım müşahidə edilmişdir.286 və 296 eV arasındakı bağlama enerjisi kimyəvi modifikasiyanın SAM örtüyü ilə uğurla tamamlandığını göstərir.SHP nisbətən böyük CF2 (290.1 ​​eV) və CF3 (293.3 eV) zirvələrini göstərir ki, bu da səthdə əmələ gələn flüorokarbon əsaslı silanın səbəb olur.Şəkil 2E, çılpaq, həkk olunmuş, SHP və LOIS ilə təmasda olan deionlaşdırılmış suyun müxtəlif qrupları üçün təmas bucağının (CA) ölçmələrinin təmsilçi optik şəkillərini göstərir.Bu təsvirlər göstərir ki, oyulmuş səth kimyəvi aşındırma nəticəsində əmələ gələn mikro/nano struktura görə hidrofilik olur, beləliklə deionlaşdırılmış su struktura sorulur.Bununla belə, substrat SAM ilə örtüldükdə, substrat güclü su itələyiciliyi nümayiş etdirir, buna görə də səth SHP əmələ gəlir və su ilə səth arasındakı təmas sahəsi kiçik olur.Nəhayət, LOIS-də CA-da azalma müşahidə edildi, bu, sürtkü yağının mikro quruluşa nüfuz etməsi və bununla da təmas sahəsinin artması ilə əlaqələndirilə bilər.Səthin əla maye itələmə qabiliyyətinə və yapışmayan xüsusiyyətlərə malik olduğunu sübut etmək üçün müxtəlif mayelərdən istifadə edərək CA və SA ölçməklə LOIS SHP substratı ilə müqayisə edilmişdir (Şəkil 2F).Deionlaşdırılmış su, qan, EG, EtOH və HD daxil olmaqla, özlülük və səth enerjisi əsasında müxtəlif növ mayelər seçilmişdir (Şəkil S4).CA ölçmə nəticələri göstərir ki, CA HD-yə meyl etdikdə, CA-nın ən aşağı səth enerjisinə malik olduğu CA-nın azalma dəyəri.Bundan əlavə, ümumi CA-nın LOIS aşağıdır.Bununla belə, SA ölçülməsi tamamilə fərqli bir fenomen göstərir.İonlaşmış su istisna olmaqla, bütün mayelər sürüşmədən SHP substratına yapışır.Digər tərəfdən, LOIS çox aşağı SA göstərir, burada bütün maye 10°-dən 15°-dən aşağı bucaq altında əyildikdə, bütün maye yuvarlanacaq.Bu, LOIS-in yapışmamasının SHP səthindən daha yaxşı olduğunu göstərir.Bundan əlavə, LOIS örtükləri titan (Ti), polifenilsulfon (PPSU), polioksimetilen (POM), polieter keton (PEEK) və bioabsorbable polimerlər (PLGA) daxil olmaqla müxtəlif növ materiallara da tətbiq olunur. Onlar implantasiya edilə bilən ortopedik materiallardır (Şəkil S5)).LOIS ilə işlənmiş materialda damlacıqların ardıcıl təsvirləri göstərir ki, LOIS-in anti-biofouling xassələri bütün substratlarda eynidir.Bundan əlavə, CA və SA ölçmə nəticələri göstərir ki, LOIS-in yapışmayan xüsusiyyətləri digər materiallara tətbiq edilə bilər.
LOIS-in çirklənməyə qarşı xüsusiyyətlərini təsdiq etmək üçün müxtəlif növ substratlar (çılpaq, oyma, SHP və LOIS daxil olmaqla) Pseudomonas aeruginosa və MRSA ilə inkubasiya edilmişdir.Bu iki bakteriya, SSI-yə səbəb olan biofilmlərin əmələ gəlməsinə səbəb ola bilən xəstəxana bakteriyası kimi seçilmişdir (37).Şəkil 3 (A və B) müvafiq olaraq qısamüddətli (12 saat) və uzunmüddətli (72 saat) bakterial suspenziyada inkubasiya edilmiş substratların flüoresan mikroskop şəkillərini və koloniya əmələ gətirən vahidin (CFU) ölçü nəticələrini göstərir.Qısa müddət ərzində bakteriyalar çoxluqlar əmələ gətirəcək və ölçüləri artacaq, özlərini selik kimi maddələrlə örtür və onların çıxarılmasının qarşısını alır.Bununla belə, 72 saatlıq inkubasiya zamanı bakteriyalar yetişəcək və daha çox koloniya və ya çoxluq yaratmaq üçün asanlıqla dağılacaq.Buna görə də hesab etmək olar ki, 72 saatlıq inkubasiya uzunmüddətlidir və səthdə güclü biofilmin əmələ gəlməsi üçün uyğun inkubasiya vaxtıdır (38).Qısa müddət ərzində oyulmuş səth və SHP səthi çılpaq substratla müqayisədə təxminən 25% -dən 50% -ə qədər azalan bakterial yapışma nümayiş etdirdi.Bununla belə, əla anti-biofouling performansına və sabitliyinə görə, LOIS qısa və uzun müddətdə bakterial biofilm yapışmasını göstərmədi.Sxematik diaqram (Şəkil 3C) aşındırma məhlulunun, SHP və LOIS-in anti-bioloji çirklənmə mexanizminin izahını təsvir edir.Fərziyyə ondan ibarətdir ki, hidrofilik xüsusiyyətlərə malik olan həkk olunmuş substrat çılpaq substratdan daha böyük səth sahəsinə malik olacaqdır.Buna görə də, həkk olunmuş substratda daha çox bakterial yapışma meydana gələcək.Bununla belə, çılpaq substratla müqayisədə, oyulmuş substrat səthdə xeyli az biofilm əmələ gətirir.Bunun səbəbi su molekullarının hidrofilik səthə möhkəm bağlanması və su üçün sürtkü kimi çıxış etməsi və beləliklə də qısa müddətdə bakteriyaların yapışmasına mane olmasıdır (39).Bununla belə, su molekullarının təbəqəsi çox nazikdir və bakteriya süspansiyonlarında həll olunur.Buna görə də, suyun molekulyar təbəqəsi uzun müddət yox olur, geniş bakteriya yapışmasına və yayılmasına səbəb olur.SHP üçün, qısa müddətli qeyri-ıslatma xüsusiyyətlərinə görə, bakterial yapışma maneə törədir.Azaldılmış bakterial yapışma, laylı strukturda sıxılmış hava ciblərinə və səth enerjisinin aşağı düşməsinə aid edilə bilər, bununla da bakterial asqı ilə səth arasındakı əlaqə minimuma endirilir.Bununla belə, SHP-də uzun müddət çirklənmə əleyhinə xüsusiyyətlərini itirdiyi üçün geniş bakterial yapışma müşahidə edilmişdir.Bu, əsasən, hidrostatik təzyiq nəticəsində hava ciblərinin yox olması və havanın suda həll edilməsi ilə bağlıdır.Bu, əsasən, ərimə səbəbindən hava ciblərinin yox olması və yapışma üçün daha böyük bir səth sahəsi təmin edən laylı quruluşla bağlıdır (27, 40).Uzunmüddətli sabitliyə mühüm təsir göstərən bu iki substratdan fərqli olaraq, LOIS-də olan sürtkü yağları mikro/nano struktura vurulur və hətta uzun müddət ərzində yox olmayacaq.Mikro/nano strukturlarla doldurulmuş sürtkü yağları çox sabitdir və yüksək kimyəvi yaxınlıqlarına görə səthə güclü şəkildə çəkilir və bununla da uzun müddət bakterial yapışmanın qarşısını alır.Şəkil S6, fosfat tamponlu şoran məhluluna (PBS) batırılmış sürtkü materialı ilə doldurulmuş substratın əks konfokal mikroskop şəklini göstərir.Davamlı şəkillər göstərir ki, hətta 120 saat yüngül silkələnmədən (120 rpm) sonra da LOIS-də sürtkü qatı dəyişməz qalır və bu, axın şəraitində uzunmüddətli sabitliyi göstərir.Bu, flüor əsaslı SAM örtüyü ilə perfluorokarbon əsaslı sürtkü arasında yüksək kimyəvi yaxınlıqdan qaynaqlanır, beləliklə, sabit sürtkü qatı yarana bilər.Beləliklə, çirklənməyə qarşı performans qorunur.Bundan əlavə, substrat plazmada olan reprezentativ zülallara (albumin və fibrinogen), immun funksiyası ilə yaxından əlaqəli hüceyrələrə (makrofaqlar və fibroblastlar) və sümük əmələ gəlməsi ilə əlaqəli olanlara qarşı sınaqdan keçirilmişdir.Kalsiumun tərkibi çox yüksəkdir.(Şəkil 3D, 1 və 2 və Şəkil S7) (41, 42).Bundan əlavə, fibrinogen, albumin və kalsium üçün yapışma testinin flüoresan mikroskop şəkilləri hər bir substrat qrupunun fərqli yapışma xüsusiyyətlərini göstərdi (Şəkil S8).Sümük formalaşması zamanı ortopedik implantın ətrafını yeni əmələ gələn sümük və kalsium təbəqələri əhatə edə bilər ki, bu da nəinki çıxarılmasını çətinləşdirir, həm də çıxarılma prosesində xəstəyə gözlənilməz zərər verə bilər.Buna görə də, sümük lövhələri və vintlər üzərində aşağı səviyyədə kalsium yataqları implantın çıxarılmasını tələb edən ortopedik cərrahiyyə üçün faydalıdır.Flüoresans intensivliyinə və hüceyrə sayına əsaslanaraq əlavə edilmiş ərazinin kəmiyyətcəsinə əsaslanaraq, biz təsdiq etdik ki, LOIS digər substratlarla müqayisədə bütün bioloji maddələr üçün əla anti-bioloji çirklənmə xüsusiyyətləri göstərir.İn vitro təcrübələrin nəticələrinə görə, anti-bioloji çirkləndirici LOIS ortopedik implantlara tətbiq oluna bilər ki, bu da təkcə biofilm bakteriyalarının yaratdığı infeksiyaları maneə törətməklə yanaşı, bədənin aktiv immun sisteminin yaratdığı iltihabı da azalda bilər.
(A) Pseudomonas aeruginosa və MRSA süspansiyonlarında 12 və 72 saat ərzində inkubasiya edilmiş hər qrupun (çılpaq, həkk olunmuş, SHP və LOIS) flüoresan mikroskop şəkilləri.(B) Hər qrupun səthində Pseudomonas aeruginosa və MRSA-nın yapışan CFU sayı.(C) Qısamüddətli və uzunmüddətli aşındırma, SHP və LOIS-in anti-bioloji çirklənmə mexanizminin sxematik diaqramı.(D) (1) Hər bir substrata yapışan fibroblastların sayı və çılpaq və LOIS-ə yapışan hüceyrələrin flüoresan mikroskop şəkilləri.(2) Sümük sağalma prosesində iştirak edən immun ilə əlaqəli zülalların, albumin və kalsiumun yapışma testi (* P <0.05, ** P <0.01, *** P <0.001 və **** P <0.0001).ns, vacib deyil.
Qaçınılmaz konsentrasiya edilmiş gərginliklər halında, mexaniki dayanıqlıq həmişə antifouling örtüklərinin tətbiqi üçün əsas problem olmuşdur.Ənənəvi anti-kanalizasiya gel üsulları aşağı suda həll olunan və kövrəkliyə malik polimerlərə əsaslanır.Buna görə də, onlar adətən biomedikal tətbiqlərdə mexaniki stresə həssasdırlar.Buna görə də, mexaniki dayanıqlı antifouling örtükləri ortopedik implantlar kimi tətbiqlər üçün problem olaraq qalır (43, 44).Şəkil 4A(1) ortopedik implantlara tətbiq edilən iki əsas stress növünü, o cümlədən cızma (kəsmə gərginliyi) və forseps tərəfindən istehsal edilən zədələnmiş implantın optik təsviri ilə sıxılmanı nümayiş etdirir.Məsələn, vint tornavida ilə sıxıldıqda və ya cərrah sümük boşqabını cımbızla möhkəm tutduqda və sıxma qüvvəsi tətbiq etdikdə, plastik sümük lövhəsi həm makro, həm də mikro/nano miqyasda zədələnəcək və cızılacaq (Şəkil 4A, 2) .İstehsal olunan LOIS-in plastik cərrahiyyə zamanı bu zədələrə tab gətirə biləcəyini yoxlamaq üçün mikro/nano strukturun mexaniki xassələrini öyrənmək üçün çılpaq substratın sərtliyini və LOIS-ni mikro/nano miqyasda müqayisə etmək üçün nanoindentasiya aparıldı (Şəkil 1). 4B).Sxematik diaqram mikro/nano strukturların mövcudluğuna görə LOIS-in müxtəlif deformasiya davranışını göstərir.Nanoindentasiyanın nəticələrinə əsasən qüvvənin yerdəyişməsi əyrisi çəkilmişdir (Şəkil 4C).Mavi şəkil 0,26 μm maksimum girinti dərinliyi ilə göründüyü kimi yalnız cüzi deformasiyanı göstərən çılpaq substratı təmsil edir.Digər tərəfdən, LOIS-də (qırmızı əyri) müşahidə olunan nanoindentasiya qüvvəsinin və yerdəyişmənin tədricən artması mexaniki xassələrin azalması əlamətlərini göstərə bilər və nəticədə 1.61μm nanoindentasiya dərinliyi yaranır.Bunun səbəbi, LOIS-də mövcud olan mikro/nano strukturun nanoindenterin ucu üçün daha dərin irəliləmə sahəsi təmin etdiyi üçün onun deformasiyası çılpaq substratdan daha böyükdür.Konsta-Gdoutos və başqaları.(45) hesab edir ki, nanostrukturların mövcudluğuna görə nanoindentasiya və mikro/nano pürüzlülük nizamsız nanoindentasiya əyrilərinə gətirib çıxarır.Kölgəli sahə nanostruktura aid edilən qeyri-müntəzəm deformasiya əyrisinə, kölgəsiz sahə isə mikrostrukturaya aid edilir.Bu deformasiya saxlama sürtkü yağının mikrostrukturuna/nanostrukturuna zərər verə bilər və onun çirklənmə əleyhinə fəaliyyətinə mənfi təsir göstərə bilər.Zərərin LOIS-ə təsirini öyrənmək üçün plastik cərrahiyyə zamanı bədəndə mikro/nano strukturların qaçılmaz zədələnməsi təkrarlandı.Qan və zülal yapışma testlərindən istifadə etməklə, in vitrodan sonra LOIS-in anti-biofouling xüsusiyyətlərinin sabitliyi müəyyən edilə bilər (Şəkil 4D).Bir sıra optik şəkillər, hər bir substratın deşiklərinin yaxınlığında baş verən zərərləri göstərir.Mexanik zədələnmənin anti-biofuling örtüyə təsirini nümayiş etdirmək üçün qan yapışma testi aparıldı (Şəkil 4E).SHP kimi, çirklənməyə qarşı xassələri zədələnmə səbəbindən itir və LOIS qanı dəf edərək mükəmməl çirklənmə əleyhinə xüsusiyyətlər nümayiş etdirir.Bunun səbəbi, səth enerjisi zədələnmiş ərazini əhatə edən kapilyar hərəkətlə idarə olunduğu üçün mikrostrukturlu sürtkü yağında axın çirklənmə əleyhinə xüsusiyyətləri bərpa edir (35).Eyni tendensiya albumin istifadə edərək zülal yapışma testində də müşahidə edilmişdir.Zədələnmiş ərazidə, SHP-nin səthində zülalın yapışması geniş şəkildə müşahidə olunur və onun sahə əhatəsini ölçməklə, çılpaq substratın yapışma səviyyəsinin yarısı kimi ölçülə bilər.Digər tərəfdən, LOIS yapışmaya səbəb olmadan öz anti-biofouling xüsusiyyətlərini qoruyub saxladı (Şəkil 4, F və G).Bundan əlavə, vintin səthi tez-tez qazma kimi güclü mexaniki stressə məruz qalır, buna görə də biz LOIS örtüyünün vitroda vitroda toxunulmaz qalmaq qabiliyyətini öyrəndik.Şəkil 4H çılpaq, SHP və LOIS daxil olmaqla müxtəlif vintlərin optik şəkillərini göstərir.Qırmızı düzbucaqlı sümük implantasiyası zamanı güclü mexaniki gərginliyin baş verdiyi hədəf sahəsini təmsil edir.Lövhənin zülal yapışma testinə bənzər olaraq, güclü mexaniki gərginlik altında belə LOIS örtüyünün bütövlüyünü sübut etmək üçün zülal yapışmasının təsvirini çəkmək və əhatə dairəsini ölçmək üçün flüoresan mikroskopdan istifadə olunur (Şəkil 4, I və J).LOIS ilə işlənmiş vintlər çirklənməyə qarşı əla performans nümayiş etdirir və demək olar ki, heç bir protein səthə yapışmır.Digər tərəfdən, çılpaq vintlər və SHP vintlərində protein yapışması müşahidə edildi, burada SHP vintlərinin sahəsi çılpaq vintlərin üçdə biri idi.Bundan əlavə, fiksasiya üçün istifadə edilən ortopedik implant Şəkil 4K-da göstərildiyi kimi, sınıq sahəsinə tətbiq olunan gərginliyə tab gətirmək üçün mexaniki cəhətdən güclü olmalıdır.Buna görə kimyəvi modifikasiyanın mexaniki xüsusiyyətlərə təsirini müəyyən etmək üçün əyilmə testi aparıldı.Bundan əlavə, bu, implantın sabit gərginliyini saxlamaq üçün edilir.İmplant tam qatlanana və gərginlik-gərginlik əyrisi əldə olunana qədər şaquli mexaniki qüvvə tətbiq edin (Şəkil 4L, 1).Gənc modulu və əyilmə gücü də daxil olmaqla iki xüsusiyyət çılpaq və LOIS substratları arasında mexaniki dayanıqlığının göstəriciləri kimi müqayisə edilmişdir (Şəkil 4L, 2 və 3).Young modulu materialın mexaniki dəyişikliklərə tab gətirmək qabiliyyətini göstərir.Hər bir substratın Young modulu müvafiq olaraq 41,48±1,01 və 40,06±0,96 GPa-dır;müşahidə olunan fərq təxminən 3,4% təşkil edir.Bundan əlavə, materialın möhkəmliyini təyin edən əyilmə gücünün çılpaq substrat üçün 102,34±1,51 GPa, SHP üçün isə 96,99±0,86 GPa olduğu bildirilir.Çılpaq substrat təxminən 5,3% yüksəkdir.Mexanik xassələrdə bir qədər azalma çentik effektindən qaynaqlana bilər.Çentik effektində mikro/nano pürüzlülük yerli gərginliyin konsentrasiyasına gətirib çıxaran və implantın mexaniki xüsusiyyətlərinə təsir edən çentiklər dəsti kimi çıxış edə bilər (46).Bununla belə, insan kortikal sümüyünün sərtliyinin 7,4 ilə 31,6 GPa arasında olduğu və ölçülən LOIS modulunun insan kortikal sümüyününkindən çox olması faktına əsaslanaraq (47), LOIS sınığı və onun ümumi vəziyyətini dəstəkləmək üçün kifayətdir. mexaniki xassələrə səthin modifikasiyası minimal təsir göstərir.
(A) (1) əməliyyat zamanı ortopedik implanta tətbiq edilən mexaniki gərginliyin sxematik diaqramı və (2) zədələnmiş ortopedik implantın optik təsviri.(B) çılpaq səthdə nanoindentasiya və LOIS ilə nano-mexaniki xüsusiyyətlərin ölçülməsinin sxematik diaqramı.(C) Çılpaq səthin və LOIS-in nanoindentasiya qüvvəsinin yerdəyişmə əyrisi.(D) in vitro təcrübələrdən sonra əməliyyat zamanı yaranan mexaniki gərginliyi simulyasiya etmək üçün müxtəlif növ ortopedik lövhələrin optik şəkillərini simulyasiya edin (zədələnmiş sahə qırmızı düzbucaqlı ilə vurğulanır).(E) Qanın yapışma testi və (F) zədələnmiş ortopedik lövhə qrupunun zülal yapışma testi.(G) Plakaya yapışan zülalın sahəsini ölçün.(H) In vitro təcrübədən sonra müxtəlif növ ortopedik vintlərin optik təsvirləri.(I) Müxtəlif örtüklərin bütövlüyünü öyrənmək üçün zülal yapışma testi.(J) Vidaya yapışan zülalın sahəsini ölçün.(K) Dovşanın hərəkəti sınıq sümüyə sabit gərginlik yaratmaq məqsədi daşıyır.(L) (1) Əyilmədən əvvəl və sonra əyilmə testinin nəticələri və optik təsvirlər.Çılpaq implant və SHP arasında (2) Young modulu və (3) əyilmə gücü fərqi.Məlumatlar orta ± SD (*P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001 və ****P<0.0001) kimi ifadə edilir.Şəkil nəzakəti: Kyomin Chae, Yonsei Universiteti.
Klinik vəziyyətlərdə, bakteriyanın bioloji materiallar və yara sahələri ilə təması yetkin, yetkin biofilmlərdən gəlir (48).Buna görə də ABŞ Xəstəliklərə Nəzarət və Qarşısının Alınması Mərkəzlərinin hesablamalarına görə, insan infeksiyalarının 65%-i biofilmlərlə bağlıdır (49).Bu halda, implantın səthində ardıcıl biofilm formalaşmasını təmin edən in vivo eksperimental dizaynı təmin etmək lazımdır.Buna görə də, biz ortopedik implantların bakterial süspansiyonda əvvəlcədən inkubasiya edildiyi və sonra LOIS-in in vivo olaraq çirklənməyə qarşı xüsusiyyətlərini öyrənmək üçün dovşan bud sümüyünə implantasiya edildiyi bir dovşan bud sümüyü sınığı modelini hazırladıq.Aşağıdakı üç mühüm fakta görə bakterial infeksiyalar bakterial suspenziyaların birbaşa yeridilməsi deyil, əvvəlcədən kultura yolu ilə törədilir: (i) dovşanların immun sistemi təbii olaraq insanlardan daha güclüdür;buna görə də bakterial süspansiyonların və planktonik bakteriyaların yeridilməsi mümkündür. Biofilmlərin əmələ gəlməsinə heç bir təsiri yoxdur.(Ii) Plankton bakteriyaları antibiotiklərə daha həssasdır və antibiotiklər adətən əməliyyatdan sonra istifadə olunur;nəhayət, (iii) planktonik bakteriyaların suspenziyası heyvanın bədən mayeləri ilə seyreltilə bilər (50).İmplantı implantasiyadan əvvəl bakterial asqıda əvvəlcədən kultivasiya etməklə, bakterial infeksiyanın və yad cisim reaksiyasının (FBR) sümüklərin sağalma prosesinə zərərli təsirlərini hərtərəfli öyrənə bilərik.Dovşanlar implantasiyadan 4 həftə sonra qurban verildi, çünki sümüklərin sağalması prosesi üçün vacib olan osseointeqrasiya 4 həftə ərzində tamamlanacaq.Sonra, aşağı axın tədqiqatları üçün implantlar dovşanlardan çıxarıldı.Şəkil 5A bakteriyaların çoxalma mexanizmini göstərir.Yoluxmuş ortopedik implant bədənə daxil edilir.Bakterial süspansiyonda əvvəlcədən inkubasiya nəticəsində çılpaq implantlarla implantasiya edilmiş altı dovşandan altısı yoluxmuş, LOIS ilə müalicə olunan implantlarla implantasiya edilmiş dovşanların heç biri yoluxmamışdır.Bakterial infeksiyalar böyümə, yetişmə və dispersiya daxil olmaqla üç mərhələdə davam edir (51).Əvvəlcə birləşən bakteriyalar səthdə çoxalır və böyüyür, sonra isə bakteriyalar hüceyrədənkənar polimer (EPS), amiloid və hüceyrədənkənar DNT ifraz etdikdə biofilm əmələ gətirir.Biofilm yalnız antibiotiklərin nüfuzuna mane olmur, həm də antibiotikləri parçalayan fermentlərin (məsələn, β-laktamaza) toplanmasına kömək edir (52).Nəhayət, biofilm yetkin bakteriyaları ətrafdakı toxumalara yayır.Beləliklə, infeksiya baş verir.Bundan əlavə, xarici bir cisim bədənə daxil olduqda, güclü bir immunitet reaksiyasına səbəb ola biləcək bir infeksiya şiddətli iltihab, ağrı və toxunulmazlığın azalmasına səbəb ola bilər.Şəkil 5B bakterial infeksiyanın yaratdığı immun reaksiyadan daha çox, ortopedik implantın qoyulması nəticəsində yaranan FBR-nin icmalını təqdim edir.İmmunitet sistemi daxil edilmiş implantı yad cisim kimi tanıyır və sonra hüceyrə və toxumaların yad cismi əhatə etmək üçün reaksiya verməsinə səbəb olur (53).FBR-nin ilk günlərində ortopedik implantların səthində fibrinogenin adsorbsiyası ilə nəticələnən tədarük matrisi meydana gəldi.Adsorbsiya edilmiş fibrinogen daha sonra leykositlərin yapışmasını təşviq edən yüksək sıx fibrin şəbəkəsi əmələ gətirir (54).Fibrin şəbəkəsi yarandıqdan sonra neytrofillərin infiltrasiyası səbəbindən kəskin iltihab meydana gələcək.Bu mərhələdə şiş nekrozu faktoru-α (TNF-α), interleykin-4 (IL-4) və IL-β kimi müxtəlif sitokinlər sərbəst buraxılır və monositlər implantasiya sahəsinə sızmağa və nəhəng hüceyrələrə differensiasiya etməyə başlayır.Faj (41, 55, 56).FBR-nin azaldılması həmişə problem olmuşdur, çünki həddindən artıq FBR kəskin və xroniki iltihaba səbəb ola bilər ki, bu da ölümcül ağırlaşmalara səbəb ola bilər.Çılpaq implant və LOİS-i əhatə edən toxumalarda bakterial infeksiyaların təsirini qiymətləndirmək üçün hematoksilin və eozin (H&E) və Masson trixrom (MT) boyanmasından istifadə edilmişdir.Çılpaq substratlarla implantasiya edilmiş dovşanlar üçün ağır bakterial infeksiyalar irəlilədi və H&E toxuma slaydları iltihabın səbəb olduğu abses və nekrozları açıq şəkildə göstərdi.Digər tərəfdən, son dərəcə güclü anti-biofouling səthi LOIS bakteriyanın yapışmasını maneə törədir, buna görə də infeksiya əlamətləri göstərmir və iltihabı azaldır (Şəkil 5C).MT boyanmasının nəticələri də eyni meyli göstərdi.Bununla belə, MT boyanması LOIS ilə implantasiya edilmiş dovşanlarda da ödem göstərdi ki, bu da sağalmanın baş verəcəyini göstərir (Şəkil 5D).İmmun cavab dərəcəsini öyrənmək üçün immun cavabla əlaqəli TNF-α və IL-6 sitokinlərindən istifadə etməklə immunohistokimyəvi (IHC) boyanma aparılmışdır.Bakteriyalara məruz qalmayan çılpaq neqativ implant bakterial infeksiya olmadığı halda sağalma prosesini öyrənmək üçün bakteriyalara məruz qalmış, lakin yoluxmamış LOIS ilə müqayisə edilmişdir.Şəkil 5E TNF-α-nı ifadə edən IHC slaydının optik təsvirini göstərir.Qəhvəyi sahə LOIS-də immun reaksiyanın bir qədər azaldığını göstərən immun cavabı təmsil edir.Bundan əlavə, LOIS-də IL-6 ifadəsi steril çılpaqların mənfi ifadəsindən əhəmiyyətli dərəcədə az idi (Şəkil 5F).Sitokinin ifadəsi sitokinə uyğun olan antikor boyanma sahəsinin ölçülməsi ilə ölçüldü (Şəkil 5G).Mənfi implantlara məruz qalan dovşanlarla müqayisədə, LOIS ilə implantasiya edilmiş dovşanların ifadə səviyyələri daha aşağı olub, mənalı bir fərq göstərib.Sitokin ekspressiyasının azalması göstərir ki, LOİS-in uzunmüddətli, stabil çirklənmə əleyhinə xassələri təkcə bakterial infeksiyaların inhibəsi ilə deyil, həm də substrata yapışan makrofaqlar tərəfindən törədilən FBR-nin azalması ilə bağlıdır (53, 57 , 58).Buna görə də, LOIS-in immun yayınma xüsusiyyətlərinə görə azalmış immun reaksiya implantasiyadan sonra, məsələn, plastik əməliyyatdan sonra həddindən artıq immun reaksiya kimi yan təsirləri həll edə bilər.
(A) Yoluxmuş ortopedik implantın səthində biofilmin əmələ gəlməsi və yayılması mexanizminin sxematik diaqramı.eDNA, hüceyrədənkənar DNT.(B) Ortopedik implantın qoyulmasından sonra immun cavabın sxematik diaqramı.(C) H&E boyanması və (D) çılpaq müsbət və LOIS ilə ortopedik implantların ətraf toxumalarının MT boyanması.İmmunitetlə əlaqəli sitokinlərin (E) TNF-α və (F) IL-6-nın IHC-si çılpaq mənfi və LOIS implantasiya edilmiş dovşanların ləkələnmiş şəkilləridir.(G) Sahənin əhatə dairəsinin ölçülməsi ilə sitokin ifadəsinin kəmiyyəti (** P <0.01).
LOIS-in biouyğunluğu və onun sümüklərin sağalma prosesinə təsiri diaqnostik görüntüləmə [rentgen və mikro-kompüter tomoqrafiyası (CT)] və osteoklast IHC istifadə edərək in vivo olaraq araşdırıldı.Şəkil 6A üç müxtəlif mərhələni əhatə edən sümük sağalma prosesini göstərir: iltihab, təmir və yenidən qurulması.Bir sınıq meydana gəldikdə, iltihablı hüceyrələr və fibroblastlar qırıq sümüyə nüfuz edəcək və damar toxumasına böyüməyə başlayacaq.Təmir mərhələsində damar toxumasının böyüməsi sınıq sahəsinin yaxınlığında yayılır.Damar toxuması, kallus adlanan yeni sümük meydana gəlməsi üçün qida təmin edir.Sümük sağalma prosesinin son mərhələsi aktivləşdirilmiş osteoklastların səviyyəsinin artmasının köməyi ilə kallusun ölçüsünün normal sümük ölçüsünə qədər azaldıldığı remodeling mərhələsidir (59).Hər qrupda kallusun əmələ gəlmə səviyyəsindəki fərqləri müşahidə etmək üçün mikro-KT taramalarından istifadə etməklə sınıq sahəsinin üçölçülü (3D) rekonstruksiyası aparılmışdır.Sınıq sümüyünü əhatə edən kallusun qalınlığını müşahidə etmək üçün bud sümüyünün en kəsiyini müşahidə edin (Şəkil 6, B və C).Hər qrupda müxtəlif sümük bərpası proseslərini müşahidə etmək üçün hər həftə bütün qrupların sınıq yerlərini yoxlamaq üçün rentgen şüalarından da istifadə edilmişdir (Şəkil S9).Kallus və yetkin sümüklər müvafiq olaraq mavi/yaşıl və fil sümüyü ilə göstərilir.Yumşaq toxumaların çoxu əvvəlcədən təyin edilmiş hədd ilə süzülür.Çılpaq müsbət və SHP sınıq sahəsinin ətrafında az miqdarda kallusun meydana gəldiyini təsdiqlədi.Digər tərəfdən, LOIS-in açıq mənfi tərəfi və sınıq yeri qalın kallusla əhatə olunmuşdur.Mikro-KT görüntüləri kallusun meydana gəlməsinə bakterial infeksiya və infeksiya ilə əlaqəli iltihabın mane olduğunu göstərdi.Bunun səbəbi, immunitet sisteminin sümüklərin bərpasından çox, infeksiya ilə əlaqəli iltihabın səbəb olduğu septik zədələrin sağalmasına üstünlük verməsidir (60).Osteoklast aktivliyini və sümük rezorbsiyasını müşahidə etmək üçün IHC və Tartrata davamlı Turşu Fosfataz (TRAP) boyanması aparılmışdır (Şəkil 6D) (61).Çılpaq pozitivlərdə və SHP-də bənövşəyi rəngə boyanmış yalnız bir neçə aktivləşdirilmiş osteoklast tapıldı.Digər tərəfdən, LOIS-in çılpaq müsbət və yetkin sümüklərinin yaxınlığında bir çox aktivləşdirilmiş osteoklastlar müşahidə edilmişdir.Bu fenomen osteoklastların mövcudluğunda sınıq sahəsinin ətrafındakı kallusun şiddətli bir şəkildə yenidən qurulması prosesindən keçdiyini göstərir (62).Sümük həcmi və kallusun osteoklast ifadə sahəsi bütün qruplarda sınıq sahəsinin ətrafında kallusun əmələ gəlməsi səviyyəsini müqayisə etmək üçün ölçüldü, beləliklə mikro-CT taraması və İHC nəticələrini ölçün (Şəkil 6E, 1 və 2).Gözlənildiyi kimi, LOIS-də çılpaq neqativlər və kallus formalaşması digər qruplara nisbətən əhəmiyyətli dərəcədə yüksək idi və bu, müsbət sümük yenidən qurulmasının baş verdiyini göstərir (63).Şəkil S10 cərrahiyyə sahəsinin optik şəklini, vida yaxınlığında toplanmış toxumanın MT boyanma nəticəsini və vida-sümük interfeysini vurğulayan TRAP boyanma nəticəsini göstərir.Çılpaq substratda güclü kallus və fibroz əmələ gəlməsi müşahidə olundu, LOIS ilə müalicə olunan implant isə nisbətən yapışmayan səth göstərdi.Eynilə, çılpaq neqativlərlə müqayisədə, ağ oxlarla göstərildiyi kimi, LOIS ilə implantasiya edilmiş dovşanlarda aşağı fibroz müşahidə edilmişdir.Bundan əlavə, möhkəm ödem (mavi ox) LOIS-in immun yayınma xüsusiyyətlərinə aid edilə bilər və bununla da şiddətli iltihabı azaldır.İmplant ətrafındakı yapışmayan səth və azalmış fibroz, çıxarılması prosesinin daha asan olduğunu göstərir, bu da adətən digər qırıqlar və ya iltihablarla nəticələnir.Vida çıxarıldıqdan sonra sümük sağalma prosesi vida-sümük interfeysindəki osteoklast fəaliyyəti ilə qiymətləndirildi.Həm çılpaq sümük, həm də LOIS implant interfeysi sümüklərin daha da yaxşılaşması üçün oxşar səviyyələrdə osteoklastları udular, bu da LOIS örtüyünün sümüklərin sağalmasına və ya immun reaksiyasına heç bir mənfi təsir göstərmədiyini göstərir.LOIS-də həyata keçirilən səth modifikasiyasının sümüklərin sağalma prosesinə müdaxilə etmədiyini təsdiqləmək üçün dovşanların sümüklərinin yaxşılaşmasını açıq mənfi ionlarla və 6 həftəlik LOIS implantasiyası ilə müqayisə etmək üçün rentgen müayinəsindən istifadə edilmişdir (Şəkil 6F).Nəticələr göstərdi ki, yoluxmamış çılpaq pozitiv qrupla müqayisədə LOIS eyni dərəcədə sümük yaxşılaşmasını göstərdi və hər iki qrupda aşkar qırılma əlamətləri (davamlı osteoliz xətti) yox idi.
(A) Sınıqdan sonra sümüklərin sağalması prosesinin sxematik diaqramı.(B) Hər bir səth qrupunun kallus əmələ gəlmə dərəcəsindəki fərq və (C) sınıq sahəsinin en kəsik şəkli.(D) Osteoklast fəaliyyətini və sümük rezorbsiyasını vizuallaşdırmaq üçün TRAP boyanması.TRAP fəaliyyətinə əsaslanaraq, kortikal sümüyün xarici kallusunun formalaşması (E) (1) mikro-CT və (2) osteoklast aktivliyi ilə kəmiyyətcə təhlil edilmişdir.(F) İmplantasiyadan 6 həftə sonra, ifşa olunmuş mənfi (qırmızı kəsikli düzbucaqlı ilə vurğulanmış) və LOIS (mavi kəsikli düzbucaqlı ilə vurğulanmış) sınıq sümüyünün rentgen şəkilləri.Statistik təhlil birtərəfli dispersiya təhlili (ANOVA) ilə aparılmışdır.* P <0,05.** P <0,01.
Qısacası, LOIS ortopedik implantlar üçün yeni növ antibakterial infeksiya strategiyası və immun xilasetmə örtüyü təqdim edir.SHP funksiyalı adi ortopedik implantlar qısa müddətli anti-biofouling xassələri nümayiş etdirir, lakin öz xüsusiyyətlərini uzun müddət saxlaya bilmir.Substratın superhidrofobikliyi bakteriya və substrat arasında hava qabarcıqlarını tutur və bununla da hava cibləri əmələ gətirir və bununla da bakterial infeksiyanın qarşısını alır.Ancaq havanın yayılması səbəbindən bu hava cibləri asanlıqla çıxarılır.Digər tərəfdən, LOIS biofilmlə əlaqəli infeksiyaların qarşısını almaq qabiliyyətini yaxşı sübut etdi.Buna görə, laylı mikro/nano struktur səthinə vurulan sürtkü qatının rədd edilmə əleyhinə xüsusiyyətləri sayəsində infeksiya ilə əlaqəli iltihabın qarşısını almaq olar.LOIS istehsal şərtlərini optimallaşdırmaq üçün SEM, AFM, XPS və CA ölçmələri daxil olmaqla müxtəlif xarakterləşdirmə üsullarından istifadə olunur.Bundan əlavə, LOIS, PLGA, Ti, PE, POM və PPSU kimi ortopedik fiksasiya avadanlıqlarında geniş istifadə olunan müxtəlif bioloji materiallara da tətbiq edilə bilər.Daha sonra LOIS, immun reaksiya ilə əlaqəli bakteriyalara və bioloji maddələrə qarşı anti-biofuling xüsusiyyətlərini sübut etmək üçün in vitro sınaqdan keçirildi.Nəticələr göstərir ki, çılpaq implantla müqayisədə onun əla antibakterial və anti-biofuling təsiri var.Bundan əlavə, LOIS, plastik cərrahiyyədə qaçınılmaz olan mexaniki gərginlik tətbiq edildikdən sonra da mexaniki güc nümayiş etdirir.Mikro/nano strukturun səthində sürtkü yağının özünü sağaltma xüsusiyyətlərinə görə, LOIS anti-bioloji çirklənmə xüsusiyyətlərini uğurla qoruyub saxladı.LOIS-in biouyğunluğunu və antibakterial xüsusiyyətlərini in vivo öyrənmək üçün 4 həftə ərzində LOIS dovşan bud sümüyünə implantasiya edilmişdir.LOIS implantasiya edilmiş dovşanlarda bakterial infeksiya müşahidə edilməmişdir.Bundan əlavə, IHC-nin istifadəsi LOIS-in sümüklərin sağalma prosesini maneə törətmədiyini göstərən yerli immun reaksiyasının azaldılmış səviyyəsini nümayiş etdirdi.LOIS əla antibakterial və immunitetdən yayınma xassələri nümayiş etdirir və ortopedik cərrahiyyə öncəsi və zamanı, xüsusən də sümük sintezi üçün biofilmin əmələ gəlməsinin effektiv qarşısını aldığı sübut edilmişdir.Dovşan sümük iliyinin iltihablı bud sümüyü sınığı modelindən istifadə etməklə, biofilmlə əlaqəli infeksiyaların əvvəlcədən inkubasiya edilmiş implantlar tərəfindən törədilən sümük sağalma prosesinə təsiri dərindən öyrənilmişdir.Gələcək bir araşdırma olaraq, bütün sağalma prosesi zamanı biofilmlə əlaqəli infeksiyaları tam başa düşmək və qarşısını almaq üçün implantasiyadan sonra mümkün infeksiyaları öyrənmək üçün yeni in vivo model lazımdır.Bundan əlavə, osteoinduksiya LOIS ilə inteqrasiyada hələ də həll olunmamış problemdir.Problemin öhdəsindən gəlmək üçün osteoinduktiv hüceyrələrin və ya regenerativ təbabətin LOIS ilə selektiv yapışmasını birləşdirmək üçün əlavə tədqiqatlara ehtiyac var.Ümumilikdə, LOIS, SSI və immun yan təsirləri azalda bilən mexaniki möhkəmliyə və əla anti-biofouling xüsusiyyətlərinə malik perspektivli ortopedik implant örtüyünü təmsil edir.
Çirkləndiriciləri təmizləmək üçün 15 mm x 15 mm x 1 mm 304 SS substratını (Dong Kang M-Tech Co., Koreya) aseton, EtOH və DI suda 15 dəqiqə yuyun.Səthdə mikro/nano səviyyəli struktur yaratmaq üçün təmizlənmiş substrat 50°C temperaturda 48%-51% HF məhluluna (DUKSAN Corp., Cənubi Koreya) batırılır.Aşınma müddəti 0 ilə 60 dəqiqə arasında dəyişir.Sonra oyulmuş substrat deionlaşdırılmış su ilə təmizlənmiş və səthdə xrom oksidi passivasiya təbəqəsi yaratmaq üçün 30 dəqiqə ərzində 50°C temperaturda 65% HNO3 (Korea DUKSAN Corp.) məhluluna qoyulmuşdur.Pasifləşdirildikdən sonra substrat deionlaşdırılmış su ilə yuyulur və laylı strukturu olan bir substrat əldə etmək üçün qurudulur.Sonra substrat oksigen plazmasına (100 Vt, 3 dəqiqə) məruz qaldı və dərhal otaq temperaturunda 8,88 mM POTS (Sigma-Aldrich, Almaniya) məhlulunda 12 saat ərzində toluolda batırıldı.Sonra POTS ilə örtülmüş substrat EtOH ilə təmizləndi və sıx POTS SAM əldə etmək üçün 150°C-də 2 saat tavlandı.SAM örtüyündən sonra, yükləmə həcmi 20 μm/sm 2 olan perfluoropolieter sürtkü yağının (Krytox 101; DuPont, ABŞ) tətbiqi ilə substratda sürtkü qatı əmələ gəldi. İstifadədən əvvəl sürtkü yağını 0,2 mikron filtrdən süzün.15 dəqiqə ərzində 45° bucaq altında əyərək artıq sürtkü yağını çıxarın.Eyni istehsal proseduru 304 SS-dən (kilidləmə lövhəsi və kortikal bağlama vinti; Dong Kang M-Tech Co., Koreya) hazırlanmış ortopedik implantlar üçün istifadə edilmişdir.Bütün ortopedik implantlar dovşan bud sümüyünün həndəsəsinə uyğun olaraq hazırlanmışdır.
Substratın və ortopedik implantların səth morfologiyası sahə emissiyası SEM (Inspect F50, FEI, ABŞ) və AFM (XE-100, Park Systems, Cənubi Koreya) ilə yoxlanılıb.Səthin pürüzlülüyü (Ra, Rq) 20 mkm sahəni 20 mkm (n = 4) ilə vurmaqla ölçülür.Səthin kimyəvi tərkibini təhlil etmək üçün ləkə ölçüsü 100μm2 olan Al Ka ​​X-ray mənbəyi ilə təchiz edilmiş XPS (PHI 5000 VersaProbe, ULVAC PHI, Yaponiya) sistemi istifadə edilmişdir.Maye CA və SA-nı ölçmək üçün dinamik şəkil çəkmə kamerası (SmartDrop, FEMTOBIOMED, ​​Cənubi Koreya) ilə təchiz olunmuş CA ölçmə sistemindən istifadə edilmişdir.Hər ölçmə üçün CA-nı ölçmək üçün səthə 6-10 μl damcı (deionlaşdırılmış su, at qanı, EG, 30% etanol və HD) yerləşdirilir.Substratın meyl açısı 2°/s sürətlə artdıqda (n = 4), damcı düşən zaman SA ölçülür.
Pseudomonas aeruginosa [American Type Culture Collection (ATCC) 27853] və MRSA (ATCC 25923) ATCC-dən (Manassas, Virciniya, ABŞ) alınmışdır və anbar mədəniyyəti -80°C-də saxlanılmışdır.İstifadədən əvvəl dondurulmuş mədəniyyət tripsinlə əridilmiş soya bulyonunda (Komed, Koreya) 18 saat ərzində 37°C-də inkubasiya edilmiş və sonra onu aktivləşdirmək üçün iki dəfə köçürülmüşdür.İnkubasiyadan sonra mədəniyyət 4°C-də 10 dəqiqə ərzində 10000 rpm-də sentrifuqa edilib və iki dəfə PBS (pH 7.3) məhlulu ilə yuyulub.Daha sonra sentrifuqa edilmiş mədəniyyət qanlı agar plitələrində (BAP) subkulturasiya edilir.MRSA və Pseudomonas aeruginosa bir gecədə hazırlanmış və Luria-Bertani bulyonunda becərilmişdir.Peyvənddə Pseudomonas aeruginosa və MRSA-nın konsentrasiyası agarda ardıcıl seyreltmələrdə süspansiyonun CFU ilə kəmiyyətcə müəyyən edilmişdir.Sonra bakteriya konsentrasiyasını 108 CFU/ml-ə bərabər olan 0,5 McFarland standartına uyğunlaşdırın.Sonra işləyən bakteriya suspenziyasını 100 dəfə 106 CFU/ml-ə qədər seyreltin.Antibakterial yapışma xüsusiyyətlərini yoxlamaq üçün istifadə etməzdən əvvəl substrat 121°C-də 15 dəqiqə sterilizasiya edilmişdir.Sonra substrat 25 ml bakterial suspenziyaya köçürüldü və 12 və 72 saat ərzində güclü silkələnmə (200 rpm) ilə 37 ° C-də inkubasiya edildi.İnkubasiyadan sonra hər bir substrat inkubatordan çıxarıldı və səthdə üzən bakteriyaları çıxarmaq üçün 3 dəfə PBS ilə yuyuldu.Substratda biofilmi müşahidə etmək üçün biofilm metanol ilə bərkidilmiş və 2 dəqiqə ərzində 1 ml krimidin narıncı ilə boyanmışdır.Sonra ləkələnmiş biofilmin şəkillərini çəkmək üçün flüoresan mikroskopdan (BX51TR, Olympus, Yaponiya) istifadə edilmişdir.Substratdakı biofilmin miqdarını təyin etmək üçün əlavə edilmiş hüceyrələr muncuq burulğanı üsulu ilə substratdan ayrıldı və bu, yapışan bakteriyaları çıxarmaq üçün ən uyğun üsul hesab edildi (n = 4).Steril forsepslərdən istifadə edərək, substratı böyümə mühitindən çıxarın və artıq mayeni çıxarmaq üçün quyu boşqabına vurun.Boş şəkildə bağlanmış hüceyrələr iki dəfə steril PBS ilə yuyularaq çıxarıldı.Sonra hər bir substrat 9 ml 0,1% protein ept salin (PSW) və 2 q 20-25 steril şüşə muncuq (diametri 0,4-0,5 mm) olan steril sınaq borusuna köçürüldü.Sonra hüceyrələri nümunədən ayırmaq üçün 3 dəqiqə burulğan edildi.Vorteksdən sonra süspansiyon 0,1% PSW ilə 10 dəfə ardıcıl olaraq seyreltildi və sonra hər seyreltmədən 0,1 ml BAP-a aşılandı.37°C-də 24 saat inkubasiyadan sonra CFU əl ilə hesablandı.
Hüceyrələr üçün siçan fibroblastları NIH/3T3 (CRL-1658; Amerika ATCC) və siçan makrofaqları RAW 264.7 (TIB-71; Amerika ATCC) istifadə edilmişdir.Siçan fibroblastlarını yetişdirmək üçün Dulbecco-nun dəyişdirilmiş Eagle mühitindən (DMEM; LM001-05, Welgene, Koreya) istifadə edin və 10% dana serumu (S103-01, Welgene) və 1% penisilin-streptomisin (PS; LS202-02, Welgene (Welgene) ilə əlavə edin. 10% fetal iribuynuzlu zərdab (S001-01, Welgene) və 1% PS ilə əlavə edilmiş siçan makrofaqlarını yetişdirmək üçün DMEM istifadə edin. Hüceyrələr bir gecədə 37°C-də və 5% CO2-də inkubasiya edildi, hüceyrələr 20 dəqiqə ərzində 4% paraformaldehidlə sabitləndi və 50 nM tetrametilrodamində 0,5% Triton X inkubasiyada yerləşdirildi 37°C-də 30 dəqiqə ərzində inkubasiya prosesindən sonra substratı 4′,6-diamino-2-fenilindol (H -1200, Vector Laboratories, Böyük Britaniya) VECTASHIELD fiksasiya mühitindən istifadə edin (hüceyrə üçün n = 4). , fluorescein, fluorescein isothiocyanate-albumin (A9771, Sigma-Aldrich, Almaniya) və insan plazması Alexa Fluor 488-birləşdirilmiş fibrinogen (F13191, Invitrogen, ABŞ) PBS-də (10 mM, pH 7) həll edildi.Albumin və fibrinogenin konsentrasiyası müvafiq olaraq 1 və 150 ​​mkq/ml olmuşdur.Substratdan sonra Protein məhluluna batırmazdan əvvəl, səthi nəmləndirmək üçün onları PBS ilə yuyun.Sonra bütün substratları protein məhlulu olan altı quyu boşqabına batırın və 37°C-də 30 və 90 dəqiqə inkubasiya edin.İnkubasiyadan sonra substrat zülal məhlulundan çıxarıldı, 3 dəfə PBS ilə yumşaq bir şəkildə yuyuldu və 4% paraformaldehid (hər zülal üçün n = 4) ilə sabitləndi.Kalsium üçün natrium xlorid (0,21 M) və kalium fosfat (3,77 mM) ) deionlaşdırılmış suda həll edilmişdir.Hidroxlorid məhlulunun (1M) əlavə edilməsi ilə məhlulun pH-ı 2.0-a düzəldildi.Sonra məhlulda kalsium xlorid (5,62 mM) həll edildi.1M tris(hidroksimetil)-aminometan əlavə etməklə məhlulun pH-nı 7,4-ə düzəldir.Bütün substratları 1,5 × kalsium fosfat məhlulu ilə doldurulmuş altı quyu boşqaba batırın və 30 dəqiqədən sonra məhluldan çıxarın.Boyanma üçün 2 q Alizarin Red S (CI 58005) 100 ml deionlaşdırılmış su ilə qarışdırılır.Sonra pH-ı 4-ə uyğunlaşdırmaq üçün 10% ammonium hidroksiddən istifadə edin. Substratı Alizarin Qırmızı məhlulu ilə 5 dəqiqə boyayın, sonra artıq boyanı silkələyin və ləkələyin.Sarsıntı prosesindən sonra substratı çıxarın.Material susuzlaşdırılır, sonra 5 dəqiqə asetona batırılır, sonra 5 dəqiqə ərzində aseton-ksilen (1: 1) məhluluna batırılır və son olaraq ksilenlə yuyulur (n = 4).×10 və ×20 obyektiv linzaları olan flüoresan mikroskopdan (Axio Imager) istifadə olunur..A2m, Zeiss, Almaniya) bütün substratları təsvir edir.ImageJ/FIJI (https://imagej.nih.gov/ij/) dörd müxtəlif təsvir sahəsinin hər bir qrupu üzrə bioloji maddələrin yapışma məlumatlarının kəmiyyətini müəyyən etmək üçün istifadə edilmişdir.Substratın müqayisəsi üçün sabit hədləri olan bütün şəkilləri ikili şəkillərə çevirin.
PBS-də sürtkü qatının dayanıqlığını əks etdirmə rejimində izləmək üçün Zeiss LSM 700 konfokal mikroskopundan istifadə edilmişdir.Flüor əsaslı SAM ilə örtülmüş, sürtkü qatı ilə örtülmüş şüşə nümunəsi PBS məhluluna batırılmış və yumşaq silkələnmə şəraitində (120 dövr/dəq) orbital çalkalayıcı (SHO-1D; Daihan Scientific, Cənubi Koreya) istifadə edərək sınaqdan keçirilmişdir.Sonra nümunə götürün və əks olunan işığın itkisini ölçməklə sürtkü yağının itkisinə nəzarət edin.Yansıtma rejimində flüoresan təsvirləri əldə etmək üçün nümunə 633 nm lazerə məruz qalır və sonra toplanır, çünki işıq nümunədən geri əks olunacaq.Nümunələr 0, 30, 60 və 120 saatlıq vaxt intervalları ilə ölçüldü.
Səth modifikasiyası prosesinin ortopedik implantların nanomexaniki xüsusiyyətlərinə təsirini müəyyən etmək üçün nanoindendionun ölçülməsi üçün üçtərəfli piramidaşəkilli Berkoviç almaz ucu ilə təchiz edilmiş nanoindenterdən (TI 950 TriboIndenter, Hysitron, ABŞ) istifadə edilmişdir.Pik yük 10 mN və sahə 100μmx 100μm-dir.Bütün ölçmələr üçün yükləmə və boşaltma vaxtı 10 s, pik girinti yükü altında saxlama müddəti isə 2 s-dir.Beş fərqli yerdən ölçü götürün və orta hesabla götürün.Yük altında mexaniki möhkəmlik performansını qiymətləndirmək üçün universal sınaq maşını (Instron 5966, Instron, ABŞ) istifadə edərək, eninə üç nöqtəli əyilmə testi aparıldı.Substrat artan yüklə 10 N/s sabit sürətlə sıxılır.Bluehill Universal proqram proqramı (n = 3) əyilmə modulunu və maksimum sıxılma gərginliyini hesablamaq üçün istifadə edilmişdir.
Əməliyyat prosesini və əməliyyat zamanı dəymiş bununla bağlı mexaniki zədələri simulyasiya etmək üçün əməliyyat prosesi in vitro şəraitdə həyata keçirilib.Bud sümüyü edam edilən Yeni Zelandiya ağ dovşanlarından toplanıb.Bud sümüyü 1 həftə ərzində 4%-li paraformaldehiddə təmizləndi və bərkidildi.Heyvanlar üzərində təcrübə metodunda təsvir olunduğu kimi, sabit bud sümüyü cərrahi yolla əməliyyat olundu.Əməliyyatdan sonra mexaniki zədə tətbiq edildikdən sonra qan yapışmalarının olub-olmadığını təsdiqləmək üçün ortopedik implant 10 s müddətində qana (at qanı, KİSAN, Koreya) batırıldı (n = 3).
Cəmi 24 erkək Yeni Zelandiya ağ dovşanı (çəkisi 3,0-3,5 kq, orta yaş 6 ay) təsadüfi olaraq dörd qrupa bölündü: çılpaq mənfi, çılpaq müsbət, SHP və LOIS.Heyvanlarla bağlı bütün prosedurlar İnstitusional Heyvanlara Baxım və İstifadə Komitəsinin etik standartlarına uyğun olaraq həyata keçirilib (IACUC təsdiqlənib, KOREA-2017-0159).Ortopedik implant beş dəlikli (uzunluğu 41 mm, eni 7 mm və qalınlığı 2 mm) və qırıqların fiksasiyası üçün kortikal bağlama vintlərindən (uzunluğu 12 mm, diametr 2,7 mm) kilidləmə lövhəsindən ibarətdir.Çılpaq mənfi qrupda istifadə edilən lövhələr və vintlər istisna olmaqla, bütün plitələr və vintlər MRSA suspenziyasında (106 CFU/ml) 12 saat ərzində inkubasiya edilmişdir.Çılpaq-mənfi qrup (n=6) infeksiyaya mənfi nəzarət kimi bakterial suspenziyaya məruz qalmadan çılpaq səth implantları ilə müalicə olundu.Çılpaq müsbət qrup (n = 6) infeksiya üçün müsbət nəzarət kimi bakteriyalara məruz qalan çılpaq səth implantı ilə müalicə edildi.SHP qrupu (n = 6) bakteriyaya məruz qalmış SHP implantları ilə müalicə edildi.Nəhayət, LOIS qrupu bakteriyaya məruz qalmış LOIS implantları ilə müalicə edildi (n = 6).Bütün heyvanlar qəfəsdə saxlanılır, çoxlu yemək və su verilir.Əməliyyatdan əvvəl dovşanlar 12 saat ac qaldılar.Heyvanlar induksiya üçün ksilazin (5 mq/kq) əzələdaxili yeridilməsi və venadaxili paklitakselin (3 mq/kq) yeridilməsi ilə anesteziya edilmişdir.Bundan sonra anesteziyanı saxlamaq üçün tənəffüs sistemi vasitəsilə 2% izofluran və 50-70% tibbi oksigen (axın sürəti 2 L/dəq) çatdırın.Yanal bud sümüyünə birbaşa yanaşma ilə implantasiya edilir.Epilyasiya və dərinin povidon-yodla dezinfeksiyasından sonra sol orta bud sümüyünün xarici hissəsində təxminən 6 sm uzunluğunda kəsik aparıldı.Bud sümüyünü örtən əzələlər arasındakı boşluğu açaraq, bud sümüyü tam açıq olur.Plitəni femur şaftının önünə qoyun və dörd vintlə düzəldin.Fiksasiyadan sonra ikinci çuxur və dördüncü çuxur arasında süni şəkildə qırıq yaratmaq üçün bir testere bıçağı (1 mm qalınlığında) istifadə edin.Əməliyyatın sonunda yara şoran məhlulla yuyulub və tikişlərlə bağlanıb.Hər bir dovşana subkutan yolla enrofloksasin (5 mq/kq) şoran məhlulda üçdə bir nisbətində seyreltilmiş inyeksiya edilmişdir.Sümüyün osteotomiyasını təsdiqləmək üçün bütün heyvanlarda (0, 7, 14, 21, 28 və 42 gün) əməliyyatdan sonra bud sümüyünün rentgenoqrafiyası aparılmışdır.Dərin anesteziyadan sonra bütün heyvanlar 28 və 42-ci günlərdə venadaxili KCl (2 mmol/kq) ilə öldürüldü.İcradan sonra dörd qrup arasında sümüklərin sağalma prosesini və yeni sümük əmələ gəlməsini müşahidə etmək və müqayisə etmək üçün bud sümüyü mikro-KT ilə skan edildi.
İcradan sonra ortopedik implantlarla birbaşa təmasda olan yumşaq toxumalar toplandı.Toxuma bir gecədə 10% neytral tamponlu formalində fiksasiya olundu və sonra EtOH-də susuzlaşdırıldı.Susuzlaşdırılmış toxuma parafinə basdırılmış və mikrotomdan istifadə etməklə (400CS; EXAKT, Almaniya) 40 μm qalınlığında kəsilmişdir.İnfeksiyanı vizuallaşdırmaq üçün H&E boyanması və MT boyanması aparıldı.Ev sahibinin cavabını yoxlamaq üçün kəsilmiş toxuma dovşan anti-TNF-α əsas antikoru (AB6671, Abcam, ABŞ) və dovşan anti-IL-6 (AB6672; Abcam, ABŞ) ilə inkubasiya edilmiş və sonra horseradish ilə müalicə edilmişdir.oksidaz.İstehsalçının göstərişlərinə uyğun olaraq bölmələrə avidin-biotin kompleksi (ABC) boyama sistemi tətbiq edin.Qəhvəyi reaksiya məhsulu kimi görünmək üçün bütün hissələrdə 3,3-diaminobenzidin istifadə edilmişdir.Bütün dilimləri vizuallaşdırmaq üçün rəqəmsal slayd skaneri (Pannoramic 250 Flash III, 3DHISTECH, Macarıstan) istifadə edildi və hər qrupda ən azı dörd substrat ImageJ proqramı ilə təhlil edildi.
Bütün heyvanlarda əməliyyatdan sonra və hər həftə sınıqların sağalmasını izləmək üçün rentgen şəkilləri çəkildi (hər qrup üçün n=6).İcradan sonra, sağaldıqdan sonra bud sümüyü ətrafında kallusun əmələ gəlməsini hesablamaq üçün yüksək rezolyusiyaya malik mikro-KT istifadə edilmişdir.Alınan bud sümüyü təmizləndi, 3 gün ərzində 4%-li paraformaldehiddə bərkidildi və 75%-li etanolda susuzlaşdırıldı.Susuzlaşdırılmış sümüklər daha sonra sümük nümunəsinin 3D voksel şəkillərini (2240×2240 piksel) yaratmaq üçün mikro-CT (SkyScan 1173, Brooke Micro-CT, Kandy, Belçika) istifadə edərək skan edildi.Siqnal səs-küyünü azaltmaq üçün 1,0 mm Al filtrindən istifadə edin və bütün skanlara yüksək ayırdetmə tətbiq edin (E = 133 kVp, I = 60 μA, inteqrasiya vaxtı = 500 ms).Nrecon proqram təminatı (versiya 1.6.9.8, Bruker microCT, Kontich, Belçika) əldə edilmiş 2D yanal proyeksiyadan skan edilmiş nümunənin 3D həcmini yaratmaq üçün istifadə edilmişdir.Təhlil üçün 3D rekonstruksiya edilmiş təsvir sınıq yerinə uyğun olaraq 10mm×10mm×10mm kublara bölünür.Kortikal sümükdən kənarda kallusu hesablayın.Skan edilmiş sümük həcmini rəqəmsal yönləndirmək üçün DataViewer (versiya 1.5.1.2; Bruker microCT, Kontich, Belçika) proqram təminatından, analiz üçün isə CT-Analyzer (versiya 1.14.4.1; Bruker microCT, Kontich, Belçika) proqramından istifadə edilmişdir.Yetkin sümükdə və kallusda nisbi rentgen udma əmsalları onların sıxlığı ilə fərqləndirilir və sonra kallusun həcmi kəmiyyətcə müəyyən edilir (n = 4).LOIS-in biouyğunluğunun sümüklərin sağalma prosesini gecikdirmədiyini təsdiqləmək üçün iki dovşanda əlavə rentgen və mikro-KT analizi aparıldı: çılpaq-mənfi və LOIS qrupları.Hər iki qrup 6-cı həftədə edam edilib.
Qurbanlıq heyvanların bud sümüyü yığılaraq 3 gün ərzində 4%-li paraformaldehiddə bərkidilir.Sonra ortopedik implant diqqətlə bud sümüyündən çıxarılır.Bud sümüyü 0,5 M EDTA (EC-900, Milli Diaqnostika Korporasiyası) istifadə edilməklə 21 gün ərzində kalsifikasiya edilmişdir.Sonra kalsifikasiya olunmuş bud sümüyü susuzlaşdırmaq üçün EtOH-a batırıldı.Susuzlaşdırılmış bud sümüyü ksilendə çıxarıldı və parafinə basdırıldı.Sonra nümunə 3 μm qalınlığında avtomatik fırlanan mikrotomla (Leica RM2255, Leica Biosystems, Almaniya) dilimlənmişdir.TRAP boyanması üçün (F6760, Sigma-Aldrich, Almaniya) kəsilmiş nümunələr deparafinləşdirilmiş, rehidratlaşdırılmış və 1 saat ərzində TRAP reagentində 37°C-də inkubasiya edilmişdir.Şəkillər slayd skaneri (Pannoramic 250 Flash III, 3DHISTECH, Macarıstan) istifadə edərək əldə edilmiş və ləkələnmiş ərazinin əhatə dairəsini ölçməklə kəmiyyəti müəyyən edilmişdir.Hər bir təcrübədə hər qrupda ən azı dörd substrat ImageJ proqramı ilə təhlil edilmişdir.
Statistik əhəmiyyətin təhlili GraphPad Prism (GraphPad Software Inc., ABŞ) istifadə edərək həyata keçirilmişdir.Qiymətləndirmə qrupları arasındakı fərqləri yoxlamaq üçün qoşalaşdırılmamış t-testi və birtərəfli dispersiya təhlilindən (ANOVA) istifadə edilmişdir.Şəkildə əhəmiyyətlilik səviyyəsi aşağıdakı kimi göstərilmişdir: *P<0,05, **P<0,01, ***P<0,001 və ****P<0,0001;NS, əhəmiyyətli fərq yoxdur.
Bu məqalə üçün əlavə materiallar üçün http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/44/eabb0025/DC1 baxın.
Bu, Creative Commons Attribution-Qeyri-Kommersiya Lisenziyasının şərtlərinə əsasən paylanmış açıq giriş məqaləsidir və istifadə kommersiya məqsədləri üçün olmadığı və ilkin orijinal olması şərti ilə istənilən mühitdə istifadəyə, paylanmaya və təkrar istehsala imkan verir. iş düzgündür.İstinad.
Qeyd: Sizdən yalnız bir e-poçt ünvanı təqdim etməyinizi xahiş edirik ki, səhifəyə tövsiyə etdiyiniz şəxs e-poçtu görməsini istədiyinizi və e-poçtun spam olmadığını bilsin.Biz heç bir e-poçt ünvanını tutmayacağıq.
Bu sual sizin insan ziyarətçi olub-olmadığınızı yoxlamaq və avtomatik spam göndərilməsinin qarşısını almaq üçün istifadə olunur.
Choe Kyung Min, Oh Young Jang, Park Jun Joon, Lee Jin Hyuk, Kim Hyun Cheol, Lee Kyung Mun, Lee Chang Kyu, Lee Yeon Taek, Li Sun-Uck, Jeong Morui
Ortopedik implantların antibakterial və immunescape örtükləri infeksiyaların səbəb olduğu infeksiyaları və immun reaksiyaları azalda bilər.
Choe Kyung Min, Oh Young Jang, Park Jun Joon, Lee Jin Hyuk, Kim Hyun Cheol, Lee Kyung Mun, Lee Chang Kyu, Lee Yeon Taek, Li Sun-Uck, Jeong Morui
Ortopedik implantların antibakterial və immunescape örtükləri infeksiyaların səbəb olduğu infeksiyaları və immun reaksiyaları azalda bilər.
©2021 Amerika Elmin İnkişafı Assosiasiyası.bütün hüquqlar qorunur.AAAS HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef və COUNTER-ın tərəfdaşıdır.ScienceAdvances ISSN 2375-2548.