অর্থোপেডিক ইমপ্লান্ট সার্জারি করা রোগীদের জন্য, ব্যাকটেরিয়া সংক্রমণ এবং সংক্রমণ-প্ররোচিত ইমিউন প্রতিক্রিয়া সবসময় জীবন-হুমকির ঝুঁকি ছিল।প্রচলিত জৈবিক পদার্থ জৈবিক দূষণের জন্য সংবেদনশীল, যা ব্যাকটেরিয়া আহত স্থানে আক্রমণ করে এবং পোস্টোপারেটিভ সংক্রমণ ঘটায়।অতএব, অর্থোপেডিক ইমপ্লান্টের জন্য অ্যান্টি-ইনফেকশন এবং ইমিউন পালানোর আবরণ তৈরি করার জরুরি প্রয়োজন রয়েছে।এখানে, আমরা লুব্রিকেটেড অর্থোপেডিক ইমপ্লান্ট সারফেস (LOIS) নামক অর্থোপেডিক ইমপ্লান্টের জন্য একটি উন্নত পৃষ্ঠ পরিবর্তন প্রযুক্তি তৈরি করেছি, যা পিচার প্ল্যান্ট পিচারের মসৃণ পৃষ্ঠ দ্বারা অনুপ্রাণিত।LOIS-এর বিভিন্ন ধরনের তরল এবং জৈবিক পদার্থের (কোষ, প্রোটিন, ক্যালসিয়াম এবং ব্যাকটেরিয়া সহ) দীর্ঘস্থায়ী এবং শক্তিশালী তরল প্রতিরোধ ক্ষমতা রয়েছে।এছাড়াও, আমরা ইন ভিট্রো সার্জারির সময় অনিবার্য ক্ষতির অনুকরণ করে স্ক্র্যাচ এবং ফিক্সিং ফোর্সের বিরুদ্ধে যান্ত্রিক স্থায়িত্ব নিশ্চিত করেছি।খরগোশের অস্থি মজ্জা প্রদাহজনক ফেমোরাল ফ্র্যাকচার মডেলটি LOIS-এর অ্যান্টি-বায়োলজিক্যাল স্কেলিং এবং অ্যান্টি-ইনফেকশন ক্ষমতা পুঙ্খানুপুঙ্খভাবে অধ্যয়ন করতে ব্যবহৃত হয়েছিল।আমরা কল্পনা করি যে LOIS, যার অ্যান্টি-বায়োফুলিং বৈশিষ্ট্য এবং যান্ত্রিক স্থায়িত্ব রয়েছে, এটি সংক্রমণ-মুক্ত অর্থোপেডিক সার্জারির একটি পদক্ষেপ।
আজ, সামগ্রিক বার্ধক্যজনিত কারণে, অর্থোপেডিক রোগে আক্রান্ত রোগীর সংখ্যা (যেমন বয়স্ক ফ্র্যাকচার, ডিজেনারেটিভ জয়েন্ট ডিজিজ এবং অস্টিওপরোসিস) ব্যাপকভাবে বৃদ্ধি পেয়েছে (1, 2)।অতএব, চিকিৎসা প্রতিষ্ঠানগুলি অর্থোপেডিক সার্জারিকে অত্যন্ত গুরুত্ব দেয়, যার মধ্যে স্ক্রু, প্লেট, নখ এবং কৃত্রিম জয়েন্টগুলির অর্থোপেডিক ইমপ্লান্ট (3, 4) রয়েছে।যাইহোক, ঐতিহ্যগত অর্থোপেডিক ইমপ্লান্টগুলি ব্যাকটেরিয়া আনুগত্য এবং বায়োফিল্ম গঠনের জন্য সংবেদনশীল বলে রিপোর্ট করা হয়েছে, যা অস্ত্রোপচারের পরে সার্জিক্যাল সাইট ইনফেকশন (SSI) হতে পারে (5, 6)।অর্থোপেডিক ইমপ্লান্টের পৃষ্ঠে একবার বায়োফিল্ম তৈরি হয়ে গেলে, বায়োফিল্ম অপসারণ করা অত্যন্ত কঠিন হয়ে পড়ে এমনকি অ্যান্টিবায়োটিকের বড় ডোজ ব্যবহার করেও।অতএব, এটি সাধারণত গুরুতর পোস্টোপারেটিভ সংক্রমণের দিকে পরিচালিত করে (7, 8)।উপরোক্ত সমস্যার কারণে, সংক্রামিত ইমপ্লান্টের চিকিত্সার মধ্যে সমস্ত ইমপ্লান্ট এবং পার্শ্ববর্তী টিস্যু অপসারণ সহ পুনরায় অপারেশন অন্তর্ভুক্ত করা উচিত;অতএব, রোগী গুরুতর ব্যথা এবং কিছু ঝুঁকি ভোগ করবে (9, 10)।
এই সমস্যাগুলির কিছু সমাধান করার জন্য, পৃষ্ঠের সাথে সংযুক্ত ব্যাকটেরিয়া দূর করে সংক্রমণ প্রতিরোধ করার জন্য ড্রাগ-এলুটিং অর্থোপেডিক ইমপ্লান্ট তৈরি করা হয়েছে (11, 12)।যাইহোক, কৌশলটি এখনও বেশ কয়েকটি সীমাবদ্ধতা দেখায়।এটি রিপোর্ট করা হয়েছে যে ড্রাগ-এলুটিং ইমপ্লান্টের দীর্ঘমেয়াদী ইমপ্লান্টেশন পার্শ্ববর্তী টিস্যুগুলির ক্ষতি করেছে এবং প্রদাহ সৃষ্টি করেছে, যা নেক্রোসিস হতে পারে (13, 14)।উপরন্তু, জৈব দ্রাবক যা ড্রাগ-ইলুটিং অর্থোপেডিক ইমপ্লান্টের উত্পাদন প্রক্রিয়ার পরে বিদ্যমান থাকতে পারে, যা মার্কিন খাদ্য ও ওষুধ প্রশাসন দ্বারা কঠোরভাবে নিষিদ্ধ, এর মান পূরণের জন্য অতিরিক্ত পরিশোধন পদক্ষেপের প্রয়োজন (15)।ড্রাগ-এলুটিং ইমপ্লান্টগুলি ওষুধের নিয়ন্ত্রিত মুক্তির জন্য চ্যালেঞ্জিং, এবং তাদের সীমিত ওষুধ লোডিংয়ের কারণে, ওষুধের দীর্ঘমেয়াদী প্রয়োগ সম্ভব নয় (16)।
আরেকটি সাধারণ কৌশল হ'ল জৈবিক পদার্থ এবং ব্যাকটেরিয়াকে পৃষ্ঠের সাথে লেগে থাকতে বাধা দেওয়ার জন্য একটি অ্যান্টিফাউলিং পলিমার দিয়ে ইমপ্লান্টকে আবরণ করা (17)।উদাহরণস্বরূপ, zwitterionic পলিমারগুলি তাদের অ-আঠালো বৈশিষ্ট্যগুলির কারণে মনোযোগ আকর্ষণ করেছে যখন প্লাজমা প্রোটিন, কোষ এবং ব্যাকটেরিয়ার সংস্পর্শে থাকে।যাইহোক, এটির দীর্ঘমেয়াদী স্থায়িত্ব এবং যান্ত্রিক স্থায়িত্ব সম্পর্কিত কিছু সীমাবদ্ধতা রয়েছে, যা অর্থোপেডিক ইমপ্লান্টে এর ব্যবহারিক প্রয়োগকে বাধা দেয়, বিশেষত অস্ত্রোপচারের সময় যান্ত্রিক স্ক্র্যাপিংয়ের কারণে (18, 19)।উপরন্তু, এর উচ্চ জৈব সামঞ্জস্যতা, অপসারণ অস্ত্রোপচারের প্রয়োজনের অভাব, এবং ক্ষয়ের মাধ্যমে পৃষ্ঠ পরিষ্কার করার বৈশিষ্ট্যগুলির কারণে, বায়োডিগ্রেডেবল উপকরণ দিয়ে তৈরি অর্থোপেডিক ইমপ্লান্ট ব্যবহার করা হয়েছে (20, 21)।ক্ষয়ের সময়, পলিমার ম্যাট্রিক্সের মধ্যে রাসায়নিক বন্ধনগুলি ভেঙে যায় এবং পৃষ্ঠ থেকে বিচ্ছিন্ন হয় এবং অনুগামীরা পৃষ্ঠটি পরিষ্কার করে।যাইহোক, পৃষ্ঠ পরিষ্কারের দ্বারা অ্যান্টি-বায়োলজিক্যাল ফাউলিং অল্প সময়ের মধ্যে কার্যকর।উপরন্তু, পলি(ল্যাকটিক অ্যাসিড-গ্লাইকোলিক অ্যাসিড কপোলিমার) (PLGA), পলিল্যাকটিক অ্যাসিড (PLA) এবং ম্যাগনেসিয়াম-ভিত্তিক অ্যালয়গুলি সহ বেশিরভাগ শোষণযোগ্য পদার্থগুলি শরীরে অসম জৈব অবক্ষয় এবং ক্ষয়প্রাপ্ত হবে, যা যান্ত্রিক স্থিতিশীলতাকে নেতিবাচকভাবে প্রভাবিত করবে।(বাইশ).উপরন্তু, বায়োডিগ্রেডেবল প্লেট টুকরা ব্যাকটেরিয়া সংযুক্ত করার জন্য একটি জায়গা প্রদান করে, যা দীর্ঘমেয়াদে সংক্রমণের সম্ভাবনা বাড়ায়।যান্ত্রিক অবক্ষয় এবং সংক্রমণের এই ঝুঁকি প্লাস্টিক সার্জারির ব্যবহারিক প্রয়োগকে সীমিত করে (23)।
সুপারহাইড্রোফোবিক (SHP) পৃষ্ঠগুলি যা পদ্ম পাতার শ্রেণীবিন্যাস কাঠামোর অনুকরণ করে অ্যান্টি-ফাউলিং পৃষ্ঠগুলির জন্য একটি সম্ভাব্য সমাধান হয়ে উঠেছে (24, 25)।যখন SHP পৃষ্ঠটি তরলে নিমজ্জিত হয়, তখন বায়ু বুদবুদ আটকা পড়ে, যার ফলে বায়ু পকেট তৈরি হয় এবং ব্যাকটেরিয়া আনুগত্য প্রতিরোধ করে (26)।যাইহোক, সাম্প্রতিক গবেষণায় দেখা গেছে যে SHP পৃষ্ঠের যান্ত্রিক স্থায়িত্ব এবং দীর্ঘমেয়াদী স্থিতিশীলতার সাথে সম্পর্কিত অসুবিধা রয়েছে, যা চিকিৎসা ইমপ্লান্টে এর প্রয়োগকে বাধা দেয়।অধিকন্তু, এয়ার পকেটগুলি দ্রবীভূত হবে এবং তাদের অ্যান্টি-ফাউলিং বৈশিষ্ট্যগুলি হারাবে, এইভাবে SHP পৃষ্ঠের বৃহৎ পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফলের (27, 28) কারণে বিস্তৃত ব্যাকটেরিয়া আনুগত্য হবে।সম্প্রতি, আইজেনবার্গ এবং সহকর্মীরা নেপেনথেস পিচার প্ল্যান্ট (29, 30) দ্বারা অনুপ্রাণিত একটি মসৃণ পৃষ্ঠ তৈরি করে অ্যান্টি-বায়োফুলিং পৃষ্ঠের আবরণের একটি উদ্ভাবনী পদ্ধতি চালু করেছেন।মসৃণ পৃষ্ঠটি হাইড্রোলিক অবস্থার অধীনে দীর্ঘমেয়াদী স্থিতিশীলতা দেখায়, জৈবিক তরলগুলির জন্য অত্যন্ত তরল প্রতিরোধী, এবং স্ব-মেরামত বৈশিষ্ট্য রয়েছে।যাইহোক, একটি জটিল আকৃতির মেডিকেল ইমপ্লান্টে একটি আবরণ প্রয়োগ করার কোন পদ্ধতি নেই, বা ইমপ্লান্টেশনের পরে ক্ষতিগ্রস্ত টিস্যুর নিরাময় প্রক্রিয়াকে সমর্থন করার জন্য এটি প্রমাণিত নয়।
এখানে, আমরা একটি লুব্রিকেটেড অর্থোপেডিক ইমপ্লান্ট সারফেস (LOIS), একটি মাইক্রো/ন্যানো-স্ট্রাকচার্ড অর্থোপেডিক ইমপ্লান্ট সারফেস এবং শক্তভাবে একটি পাতলা লুব্রিকেন্ট লেয়ারের সাথে সংযুক্ত করি যাতে এটি প্লাস্টিক সার্জারির সাথে ব্যাকটেরিয়া সংক্রমণ, যেমন ফ্র্যাকচার ফিক্সেশনের সাথে যুক্ত না হয়।যেহেতু ফ্লোরিন-ফাংশনাল মাইক্রো/ন্যানো-লেভেল স্ট্রাকচার কাঠামোতে লুব্রিকেন্টকে দৃঢ়ভাবে ঠিক করে, তাই উন্নত LOIS বিভিন্ন তরলের আনুগত্যকে সম্পূর্ণরূপে প্রতিহত করতে পারে এবং দীর্ঘ সময়ের জন্য অ্যান্টি-ফাউলিং কর্মক্ষমতা বজায় রাখতে পারে।হাড়ের সংশ্লেষণের উদ্দেশ্যে বিভিন্ন আকারের উপকরণগুলিতে LOIS আবরণ প্রয়োগ করা যেতে পারে।বায়োফিল্ম ব্যাকটেরিয়া [Pseudomonas aeruginosa এবং methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA)] এবং জৈবিক পদার্থ (কোষ, প্রোটিন এবং ক্যালসিয়াম) এর বিরুদ্ধে LOIS-এর চমৎকার অ্যান্টি-বায়োফুলিং বৈশিষ্ট্যগুলি ভিট্রোতে নিশ্চিত করা হয়েছে।সাবস্ট্রেটে বিস্তৃত আনুগত্যের আনুগত্য হার 1% এর কম।উপরন্তু, সারফেস স্ক্র্যাচিংয়ের মতো যান্ত্রিক চাপের পরেও, অনুপ্রবেশকারী লুব্রিকেন্ট দ্বারা সৃষ্ট স্ব-নিরাময় এর ফাউলিং-বিরোধী বৈশিষ্ট্য বজায় রাখতে সাহায্য করে।যান্ত্রিক স্থায়িত্ব পরীক্ষার ফলাফলগুলি দেখায় যে কাঠামোগত এবং রাসায়নিক পরিবর্তনের পরেও, মোট শক্তি উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পাবে না।এছাড়াও, একটি ইন ভিট্রো পরীক্ষা যা অস্ত্রোপচারের পরিবেশে যান্ত্রিক চাপকে অনুকরণ করে তা প্রমাণ করার জন্য করা হয়েছিল যে LOIS প্লাস্টিক সার্জারির সময় ঘটে যাওয়া বিভিন্ন যান্ত্রিক চাপ সহ্য করতে পারে।অবশেষে, আমরা একটি খরগোশ-ভিত্তিক ভিভো ফেমোরাল ফ্র্যাকচার মডেল ব্যবহার করেছি, যা প্রমাণ করেছে যে LOIS-এর উচ্চতর অ্যান্টিব্যাকটেরিয়াল বৈশিষ্ট্য এবং বায়োকম্প্যাটিবিলিটি রয়েছে।রেডিওলজিকাল এবং হিস্টোলজিকাল ফলাফল নিশ্চিত করেছে যে ইমপ্লান্টেশনের 4 সপ্তাহের মধ্যে স্থিতিশীল লুব্রিকেন্ট আচরণ এবং অ্যান্টি-বায়োফুলিং বৈশিষ্ট্যগুলি হাড়ের নিরাময় প্রক্রিয়াকে বিলম্ব না করে কার্যকর অ্যান্টি-ইনফেকশন এবং ইমিউন এস্কেপ কার্যক্ষমতা অর্জন করতে পারে।
চিত্র 1A উন্নত LOIS-এর একটি পরিকল্পিত চিত্র দেখায়, যা এর চমৎকার অ্যান্টি-বায়োলজিক্যাল ফাউলিং এবং অ্যান্টি-ইনফেকশন বৈশিষ্ট্য নিশ্চিত করতে খরগোশের ফেমোরাল ফ্র্যাকচার মডেলে মাইক্রো/ন্যানো-স্কেল স্ট্রাকচারের সাথে লাগানো হয়।একটি বায়োমিমেটিক পদ্ধতি একটি জলের পাত্র উদ্ভিদের পৃষ্ঠকে অনুকরণ করার জন্য এবং পৃষ্ঠের মাইক্রো/ন্যানো কাঠামোর মধ্যে একটি লুব্রিকেন্ট স্তর অন্তর্ভুক্ত করে বায়োফাউলিং প্রতিরোধ করার জন্য বাহিত হয়।লুব্রিকেন্ট দিয়ে ইনজেকশন দেওয়া পৃষ্ঠটি জৈবিক পদার্থ এবং পৃষ্ঠের মধ্যে যোগাযোগকে কমিয়ে দিতে পারে।অতএব, পৃষ্ঠের উপর স্থিতিশীল রাসায়নিক বন্ধন গঠনের কারণে, এটির চমৎকার অ্যান্টিফাউলিং কর্মক্ষমতা এবং দীর্ঘমেয়াদী স্থিতিশীলতা রয়েছে।ফলস্বরূপ, লুব্রিকেটিং পৃষ্ঠের অ্যান্টি-বায়োফুলিং বৈশিষ্ট্যগুলি বায়োমেডিকাল গবেষণায় বিভিন্ন ব্যবহারিক প্রয়োগের অনুমতি দেয়।যাইহোক, কীভাবে এই বিশেষ পৃষ্ঠটি শরীরে মিথস্ক্রিয়া করে সে সম্পর্কে বিস্তৃত গবেষণা এখনও সম্পূর্ণ হয়নি।অ্যালবুমিন এবং বায়োফিল্ম ব্যাকটেরিয়া ব্যবহার করে ভিট্রোতে নগ্ন সাবস্ট্রেটের সাথে LOIS-এর তুলনা করে, LOIS-এর অ-আঠালোতা নিশ্চিত করা যেতে পারে (চিত্র 1B)।উপরন্তু, ঝোঁক বেয়ার সাবস্ট্রেট এবং LOIS সাবস্ট্রেটের (চিত্র এস 1 এবং মুভি এস 1) উপর জলের ফোঁটাগুলি বন্ধ করে, জৈবিক দূষণের কার্যকারিতা প্রদর্শন করা যেতে পারে।ফ্লুরোসেন্স মাইক্রোস্কোপ ছবিতে দেখানো হয়েছে, প্রোটিন এবং ব্যাকটেরিয়া সাসপেনশনে উদ্ভাসিত সাবস্ট্রেটটি পৃষ্ঠের সাথে লেগে থাকা প্রচুর পরিমাণে জৈবিক উপাদান দেখায়।যাইহোক, এর চমৎকার অ্যান্টি-বায়োফুলিং বৈশিষ্ট্যের কারণে, LOIS খুব কমই কোনো ফ্লুরোসেন্স প্রদর্শন করে।এর অ্যান্টি-বায়োফুলিং এবং অ্যান্টি-ইনফেকশন বৈশিষ্ট্য নিশ্চিত করার জন্য, হাড়ের সংশ্লেষণের (প্লেট এবং স্ক্রু) জন্য অর্থোপেডিক ইমপ্লান্টের পৃষ্ঠে LOIS প্রয়োগ করা হয়েছিল এবং একটি খরগোশের ফ্র্যাকচার মডেলে স্থাপন করা হয়েছিল।ইমপ্লান্টেশনের আগে, নগ্ন অর্থোপেডিক ইমপ্লান্ট এবং LOIS একটি ব্যাকটেরিয়াল সাসপেনশনে 12 ঘন্টার জন্য ইনকিউবেট করা হয়েছিল।প্রাক-ইনকিউবেশন নিশ্চিত করে যে তুলনা করার জন্য উন্মুক্ত ইমপ্লান্টের পৃষ্ঠে একটি বায়োফিল্ম তৈরি হয়েছে।চিত্র 1C ইমপ্লান্টেশনের 4 সপ্তাহ পরে ফ্র্যাকচার সাইটের একটি ছবি দেখায়।বাম দিকে, একটি খালি অর্থোপেডিক ইমপ্লান্ট সহ একটি খরগোশ ইমপ্লান্টের পৃষ্ঠে একটি বায়োফিল্ম গঠনের কারণে প্রদাহের একটি গুরুতর স্তর দেখায়।বিপরীত ফলাফল LOIS এর সাথে রোপন করা খরগোশের মধ্যে পরিলক্ষিত হয়েছিল, অর্থাৎ, LOIS এর আশেপাশের টিস্যুগুলি সংক্রমণের লক্ষণ বা প্রদাহের লক্ষণ দেখায়নি।উপরন্তু, বাম দিকের অপটিক্যাল চিত্রটি উন্মুক্ত ইমপ্লান্টের সাথে খরগোশের অস্ত্রোপচারের স্থান নির্দেশ করে, ইঙ্গিত করে যে উন্মুক্ত ইমপ্লান্টের পৃষ্ঠে উপস্থিত একাধিক আঠালো LOIS এর পৃষ্ঠে পাওয়া যায়নি।এটি দেখায় যে LOIS এর দীর্ঘমেয়াদী স্থিতিশীলতা রয়েছে এবং এর অ্যান্টি-জৈবিক ফাউলিং এবং অ্যান্টি-আনুগত্য বৈশিষ্ট্য বজায় রাখার ক্ষমতা রয়েছে।
(A) LOIS এর স্কিম্যাটিক ডায়াগ্রাম এবং একটি খরগোশের ফেমোরাল ফ্র্যাকচার মডেলে এর ইমপ্লান্টেশন।(B) খালি পৃষ্ঠ এবং LOIS সাবস্ট্রেটে প্রোটিন এবং ব্যাকটেরিয়া বায়োফিল্মের ফ্লুরোসেন্স মাইক্রোস্কোপি চিত্র।ইমপ্লান্টেশনের 4 সপ্তাহ পরে, (C) ফ্র্যাকচার সাইটের একটি ফটোগ্রাফিক চিত্র এবং (D) একটি এক্স-রে চিত্র (একটি লাল আয়তক্ষেত্র দ্বারা হাইলাইট)।ছবি সৌজন্যে: Kyomin Chae, Yonsei University.
জীবাণুমুক্ত, নেতিবাচকভাবে রোপন করা খরগোশগুলি প্রদাহ বা সংক্রমণের কোনও লক্ষণ ছাড়াই একটি স্বাভাবিক হাড় নিরাময় প্রক্রিয়া দেখিয়েছিল।অন্যদিকে, ব্যাকটেরিয়া সাসপেনশনে প্রাক-ইনকিউবেট করা SHP ইমপ্লান্টগুলি পার্শ্ববর্তী টিস্যুতে সংক্রমণ-সম্পর্কিত প্রদাহ প্রদর্শন করে।এটি দীর্ঘ সময়ের জন্য ব্যাকটেরিয়া আনুগত্যকে বাধা দিতে অক্ষমতার জন্য দায়ী করা যেতে পারে (চিত্র S2)।প্রমাণ করার জন্য যে LOIS নিরাময় প্রক্রিয়াকে প্রভাবিত করে না, কিন্তু ইমপ্লান্টেশন সম্পর্কিত সম্ভাব্য সংক্রমণকে বাধা দেয়, ফ্র্যাকচার সাইটে উন্মুক্ত ইতিবাচক ম্যাট্রিক্স এবং LOIS-এর এক্স-রে চিত্র তুলনা করা হয়েছিল (চিত্র 1D)।বেয়ার ইতিবাচক ইমপ্লান্টের এক্স-রে চিত্রটি ক্রমাগত অস্টিওলাইসিস লাইন দেখায়, যা ইঙ্গিত করে যে হাড়টি পুরোপুরি নিরাময় হয়নি।এটি পরামর্শ দেয় যে সংক্রমণ-সম্পর্কিত প্রদাহের কারণে হাড় পুনরুদ্ধার প্রক্রিয়া ব্যাপকভাবে বিলম্বিত হতে পারে।বিপরীতে, এটি দেখায় যে LOIS এর সাথে রোপিত খরগোশগুলি নিরাময় হয়েছে এবং কোনও সুস্পষ্ট ফ্র্যাকচার সাইট দেখায়নি।
দীর্ঘমেয়াদী স্থিতিশীলতা এবং কার্যকারিতা (বায়োফাউলিংয়ের প্রতিরোধ সহ) সহ চিকিৎসা ইমপ্লান্টগুলি বিকাশের জন্য অনেক প্রচেষ্টা করা হয়েছে।যাইহোক, বিভিন্ন জৈবিক পদার্থের উপস্থিতি এবং টিস্যু আনুগত্যের গতিবিদ্যা তাদের চিকিত্সাগতভাবে নির্ভরযোগ্য পদ্ধতির বিকাশকে সীমাবদ্ধ করে।এই ত্রুটিগুলি কাটিয়ে ওঠার জন্য, আমরা একটি মাইক্রো/ন্যানো স্তরযুক্ত কাঠামো এবং রাসায়নিকভাবে পরিবর্তিত পৃষ্ঠ তৈরি করেছি, যা উচ্চ কৈশিক শক্তি এবং রাসায়নিক সখ্যতার কারণে সবচেয়ে বেশি পরিমাণে মসৃণ লুব্রিকেন্ট রাখতে অপ্টিমাইজ করা হয়েছে।চিত্র 2A LOIS এর সামগ্রিক উত্পাদন প্রক্রিয়া দেখায়।প্রথমে, একটি মেডিকেল গ্রেড স্টেইনলেস স্টিল (SS) 304 সাবস্ট্রেট প্রস্তুত করুন।দ্বিতীয়ত, হাইড্রোফ্লুরিক অ্যাসিড (HF) দ্রবণ ব্যবহার করে রাসায়নিক এচিং দ্বারা এসএস সাবস্ট্রেটের উপর মাইক্রো/ন্যানো কাঠামো তৈরি হয়।SS এর ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা পুনরুদ্ধার করার জন্য, একটি নাইট্রিক অ্যাসিড (HNO3) দ্রবণ (31) খোদাই করা সাবস্ট্রেট প্রক্রিয়া করার জন্য ব্যবহার করা হয়।প্যাসিভেশন এসএস সাবস্ট্রেটের ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা বাড়ায় এবং জারা প্রক্রিয়াটিকে উল্লেখযোগ্যভাবে ধীর করে দেয় যা LOIS-এর সামগ্রিক কর্মক্ষমতা হ্রাস করতে পারে।তারপর, 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyltriethoxysilane (POTS) সহ একটি স্ব-একত্রিত মনোলেয়ার (SAM) গঠন করে, পৃষ্ঠটি এবং মসৃণ লুব্রিকেন্ট অ্যাফিনিটির মধ্যে রাসায়নিক মিথস্ক্রিয়া উন্নত করতে রাসায়নিকভাবে পরিবর্তন করা হয়।পৃষ্ঠের পরিবর্তন উল্লেখযোগ্যভাবে বানোয়াট মাইক্রো/ন্যানো-স্কেল কাঠামোগত পৃষ্ঠের পৃষ্ঠের শক্তি হ্রাস করে, যা মসৃণ লুব্রিকেন্টের পৃষ্ঠের শক্তির সাথে মেলে।এটি লুব্রিকেন্টকে সম্পূর্ণরূপে ভেজাতে দেয়, যার ফলে পৃষ্ঠে একটি স্থিতিশীল লুব্রিকেন্ট স্তর তৈরি হয়।পরিবর্তিত পৃষ্ঠ বর্ধিত হাইড্রোফোবিসিটি প্রদর্শন করে।ফলাফলগুলি দেখায় যে পিচ্ছিল লুব্রিকেন্ট মাইক্রো/ন্যানো কাঠামো (32, 33) দ্বারা সৃষ্ট উচ্চ রাসায়নিক সখ্যতা এবং কৈশিক শক্তির কারণে LOIS-এ স্থিতিশীল আচরণ প্রদর্শন করে।পৃষ্ঠের পরিবর্তন এবং লুব্রিকেন্ট ইনজেকশনের পরে এসএসের পৃষ্ঠের অপটিক্যাল পরিবর্তনগুলি অধ্যয়ন করা হয়েছিল।পৃষ্ঠে গঠিত মাইক্রো/ন্যানো স্তরযুক্ত কাঠামো চাক্ষুষ পরিবর্তন ঘটাতে পারে এবং পৃষ্ঠকে অন্ধকার করতে পারে।এই ঘটনাটি রুক্ষ পৃষ্ঠে বর্ধিত আলো বিচ্ছুরণ প্রভাবের জন্য দায়ী করা হয়, যা আলোক ফাঁদ প্রক্রিয়া (34) দ্বারা সৃষ্ট বিচ্ছুরিত প্রতিফলন বৃদ্ধি করে।উপরন্তু, লুব্রিকেন্ট ইনজেকশনের পরে, LOIS গাঢ় হয়।তৈলাক্ত স্তরের কারণে সাবস্ট্রেট থেকে কম আলো প্রতিফলিত হয়, যার ফলে LOIS অন্ধকার হয়ে যায়।অ্যান্টি-বায়োফুলিং কর্মক্ষমতা অর্জনের জন্য ক্ষুদ্রতম স্লাইডিং অ্যাঙ্গেল (SA) দেখানোর জন্য মাইক্রোস্ট্রাকচার/ন্যানোস্ট্রাকচারকে অপ্টিমাইজ করার জন্য, স্ক্যানিং ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপি (SEM) এবং পারমাণবিক জোড়া বিভিন্ন HF এচিং সময় (0, 3) সঞ্চালনের জন্য ব্যবহার করা হয়েছিল।, 15 এবং 60 মিনিট) ফোর্স মাইক্রোস্কোপ (AFM) (চিত্র 2B)।এসইএম এবং এএফএম চিত্রগুলি দেখায় যে এচিংয়ের অল্প সময়ের পরে (3 মিনিটের এচিং), বেয়ার সাবস্ট্রেটটি অসম ন্যানো-স্কেল রুক্ষতা তৈরি করেছে।এচিং সময়ের সাথে সাথে পৃষ্ঠের রুক্ষতা পরিবর্তিত হয় (চিত্র S3)।সময়-পরিবর্তিত বক্ররেখা দেখায় যে পৃষ্ঠের রুক্ষতা ক্রমাগত বাড়তে থাকে এবং 15 মিনিটের এচিং-এ শীর্ষে পৌঁছায় এবং তারপর 30 মিনিটের এচিং-এ রুক্ষতা মানতে সামান্য হ্রাস পরিলক্ষিত হয়।এই মুহুর্তে, ন্যানো-স্তরের রুক্ষতা দূরে খোদাই করা হয়, যখন মাইক্রো-স্তরের রুক্ষতা জোরালোভাবে বিকশিত হয়, রুক্ষতা পরিবর্তনকে আরও স্থিতিশীল করে তোলে।30 মিনিটেরও বেশি সময় ধরে এচিং করার পরে, রুক্ষতার আরও বৃদ্ধি পরিলক্ষিত হয়, যা নিম্নোক্তভাবে বিশদভাবে ব্যাখ্যা করা হয়েছে: এসএস ইস্পাত দ্বারা গঠিত, লোহা, ক্রোমিয়াম, নিকেল, মলিবডেনাম এবং অন্যান্য অনেক উপাদান সহ উপাদানগুলির সাথে মিশ্রিত।এই উপাদানগুলির মধ্যে, লোহা, ক্রোমিয়াম এবং মলিবডেনাম এইচএফ এচিং দ্বারা এসএস-এ মাইক্রোন/ন্যানো-স্কেল রুক্ষতা গঠনে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে।ক্ষয়ের প্রাথমিক পর্যায়ে, লোহা এবং ক্রোমিয়াম প্রধানত ক্ষয়প্রাপ্ত হয় কারণ মলিবডেনামের তুলনায় মলিবডেনামের জারা প্রতিরোধ ক্ষমতা বেশি থাকে।এচিং এর অগ্রগতির সাথে সাথে এচিং দ্রবণ স্থানীয় অত্যধিক সম্পৃক্ততায় পৌঁছায়, যা এচিং দ্বারা সৃষ্ট ফ্লোরাইড এবং অক্সাইড তৈরি করে।ফ্লোরাইড এবং অক্সাইড অবক্ষয় এবং অবশেষে পৃষ্ঠের উপর পুনরায় জমা হয়, যা মাইক্রোন/ন্যানো পরিসরে পৃষ্ঠের রুক্ষতা তৈরি করে (31)।এই মাইক্রো/ন্যানো-স্তরের রুক্ষতা LOIS-এর স্ব-নিরাময় বৈশিষ্ট্যগুলিতে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে।দ্বৈত স্কেল পৃষ্ঠ একটি synergistic প্রভাব উত্পাদন করে, ব্যাপকভাবে কৈশিক শক্তি বৃদ্ধি.এই ঘটনাটি লুব্রিকেন্টকে পৃষ্ঠে স্থিরভাবে প্রবেশ করতে দেয় এবং স্ব-নিরাময় বৈশিষ্ট্যগুলিতে অবদান রাখে (35)।রুক্ষতা গঠন এচিং সময়ের উপর নির্ভর করে।10 মিনিটের এচিং এর নিচে, পৃষ্ঠে শুধুমাত্র ন্যানো-স্কেল রুক্ষতা থাকে, যা বায়োফাউলিং প্রতিরোধের জন্য যথেষ্ট লুব্রিকেন্ট ধরে রাখার জন্য যথেষ্ট নয় (36)।অন্যদিকে, যদি এচিং সময় 30 মিনিটের বেশি হয়, তাহলে লোহা এবং ক্রোমিয়ামের পুনঃস্থাপনের ফলে গঠিত ন্যানো-স্কেল রুক্ষতা অদৃশ্য হয়ে যাবে এবং মলিবডেনামের কারণে শুধুমাত্র মাইক্রো-স্কেল রুক্ষতা থাকবে।অতিরিক্ত খোদাই করা পৃষ্ঠে ন্যানো-স্কেল রুক্ষতার অভাব রয়েছে এবং এটি দ্বি-পর্যায়ের রুক্ষতার সমন্বয়গত প্রভাব হারায়, যা LOIS-এর স্ব-নিরাময় বৈশিষ্ট্যকে নেতিবাচকভাবে প্রভাবিত করে।SA পরিমাপগুলি অ্যান্টি-ফাউলিং কার্যকারিতা প্রমাণ করার জন্য বিভিন্ন এচিং সময়ের সাথে সাবস্ট্রেটগুলিতে সঞ্চালিত হয়েছিল।ডিওনাইজড (DI) জল, রক্ত, ইথিলিন গ্লাইকল (EG), ইথানল (EtOH) এবং হেক্সাডেকেন (HD) (চিত্র S4) সহ সান্দ্রতা এবং পৃষ্ঠের শক্তির উপর ভিত্তি করে বিভিন্ন ধরণের তরল নির্বাচন করা হয়েছিল।সময়-পরিবর্তিত এচিং প্যাটার্ন দেখায় যে বিভিন্ন পৃষ্ঠের শক্তি এবং সান্দ্রতা সহ বিভিন্ন তরলের জন্য, 15 মিনিট এচিংয়ের পরে LOIS-এর SA সর্বনিম্ন।তাই, LOIS কে 15 মিনিটের জন্য খোদাই করার জন্য অপ্টিমাইজ করা হয়েছে মাইক্রোন এবং ন্যানো-স্কেল রুক্ষতা তৈরি করার জন্য, যা কার্যকরভাবে লুব্রিকেন্টের স্থায়িত্ব এবং চমৎকার অ্যান্টি-ফাউলিং বৈশিষ্ট্য বজায় রাখার জন্য উপযুক্ত।
(A) LOIS-এর চার-পদক্ষেপ উত্পাদন প্রক্রিয়ার পরিকল্পিত চিত্র।ইনসেটটি সাবস্ট্রেটের উপর গঠিত SAM দেখায়।(B) SEM এবং AFM চিত্রগুলি, বিভিন্ন এচিং সময়ের অধীনে সাবস্ট্রেটের মাইক্রো/ন্যানো কাঠামো অপ্টিমাইজ করতে ব্যবহৃত হয়।এক্স-রে ফটোইলেক্ট্রন স্পেকট্রোস্কোপি (XPS) স্পেকট্রা (C) Cr2p এবং (D) F1s পৃষ্ঠের প্যাসিভেশন এবং SAM আবরণের পরে।au, নির্বিচারে একক।(E) খালি, খোদাই, SHP এবং LOIS সাবস্ট্রেটে জলের ফোঁটার প্রতিনিধিত্বমূলক চিত্র।(F) SHP এবং LOIS-এ বিভিন্ন পৃষ্ঠের টান সহ তরলগুলির যোগাযোগের কোণ (CA) এবং SA পরিমাপ।ডেটা গড় ± SD হিসাবে প্রকাশ করা হয়।
তারপরে, পৃষ্ঠের রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যের পরিবর্তন নিশ্চিত করার জন্য, প্রতিটি পৃষ্ঠ আবরণের পরে সাবস্ট্রেট পৃষ্ঠের রাসায়নিক গঠনের পরিবর্তন অধ্যয়ন করতে এক্স-রে ফটোইলেক্ট্রন স্পেকট্রোস্কোপি (এক্সপিএস) ব্যবহার করা হয়েছিল।চিত্র 2C HF এচড পৃষ্ঠ এবং HNO 3 চিকিত্সা করা পৃষ্ঠের XPS পরিমাপের ফলাফল দেখায়।587.3 এবং 577.7 eV-তে দুটি প্রধান শিখর ক্রোমিয়াম অক্সাইড স্তরে বিদ্যমান Cr-O বন্ডের জন্য দায়ী করা যেতে পারে, যা HF খোদাই করা পৃষ্ঠ থেকে প্রধান পার্থক্য।এটি মূলত HNO3 দ্বারা পৃষ্ঠে আয়রন এবং ক্রোমিয়াম ফ্লোরাইড গ্রহণের কারণে।HNO3-ভিত্তিক এচিং ক্রোমিয়ামকে পৃষ্ঠে একটি প্যাসিভেটিং অক্সাইড স্তর তৈরি করতে দেয়, যা খোদাই করা এসএসকে আবার ক্ষয় প্রতিরোধী করে তোলে।চিত্র 2D-এ, XPS স্পেকট্রা নিশ্চিত করার জন্য প্রাপ্ত করা হয়েছিল যে SAM আবরণের পরে পৃষ্ঠে ফ্লুরোকার্বন-ভিত্তিক সিলেন তৈরি হয়েছিল, যা এমনকি EG, রক্ত ​​এবং EtOH-এর জন্যও অত্যন্ত উচ্চ তরল প্রতিরোধী।SAM আবরণ প্লাজমা ট্রিটমেন্ট দ্বারা গঠিত হাইড্রক্সিল গ্রুপের সাথে সিলেন ফাংশনাল গ্রুপের প্রতিক্রিয়া দ্বারা সম্পন্ন হয়।ফলস্বরূপ, CF2 এবং CF3 শিখরে উল্লেখযোগ্য বৃদ্ধি লক্ষ্য করা গেছে।286 এবং 296 eV এর মধ্যে বাঁধাই শক্তি নির্দেশ করে যে রাসায়নিক পরিবর্তন SAM আবরণ দ্বারা সফলভাবে সম্পন্ন হয়েছে।SHP তুলনামূলকভাবে বড় CF2 (290.1 ​​eV) এবং CF3 (293.3 eV) শিখর দেখায়, যা পৃষ্ঠে গঠিত ফ্লুরোকার্বন-ভিত্তিক সিলেনের কারণে ঘটে।চিত্র 2E বেয়ার, এচড, SHP এবং LOIS-এর সংস্পর্শে ডিওনাইজড জলের বিভিন্ন গোষ্ঠীর জন্য যোগাযোগ কোণ (CA) পরিমাপের প্রতিনিধি অপটিক্যাল চিত্রগুলি দেখায়।এই চিত্রগুলি দেখায় যে রাসায়নিক এচিং দ্বারা গঠিত মাইক্রো/ন্যানো কাঠামোর কারণে খোদাই করা পৃষ্ঠটি হাইড্রোফিলিক হয়ে যায় যাতে ডিওনাইজড জল কাঠামোর মধ্যে শোষিত হয়।যাইহোক, যখন সাবস্ট্রেটটি SAM দিয়ে লেপা হয়, তখন সাবস্ট্রেটটি শক্তিশালী জল প্রতিরোধকতা প্রদর্শন করে, তাই একটি পৃষ্ঠ SHP তৈরি হয় এবং জল এবং পৃষ্ঠের মধ্যে যোগাযোগের ক্ষেত্রটি ছোট হয়।অবশেষে, LOIS-এ CA-এর একটি হ্রাস লক্ষ্য করা গেছে, যা মাইক্রোস্ট্রাকচারে লুব্রিকেন্টের অনুপ্রবেশের জন্য দায়ী করা যেতে পারে, যার ফলে যোগাযোগের এলাকা বৃদ্ধি পায়।পৃষ্ঠের চমৎকার তরল প্রতিরোধী এবং অ-আঠালো বৈশিষ্ট্য রয়েছে তা প্রমাণ করার জন্য, বিভিন্ন তরল (চিত্র 2F) ব্যবহার করে CA এবং SA পরিমাপ করে LOIS কে SHP সাবস্ট্রেটের সাথে তুলনা করা হয়েছিল।ডিওনাইজড জল, রক্ত, ইজি, ইটিওএইচ এবং এইচডি (চিত্র এস 4) সহ সান্দ্রতা এবং পৃষ্ঠের শক্তির উপর ভিত্তি করে বিভিন্ন ধরণের তরল নির্বাচন করা হয়েছিল।CA পরিমাপের ফলাফলগুলি দেখায় যে যখন CA HD-এর দিকে ঝোঁক, CA-এর হ্রাস মান, যেখানে CA-এর সর্বনিম্ন পৃষ্ঠ শক্তি রয়েছে৷উপরন্তু, সামগ্রিক CA এর LOIS কম।যাইহোক, SA পরিমাপ একটি সম্পূর্ণ ভিন্ন ঘটনা দেখায়।আয়নিত জল ব্যতীত, সমস্ত তরল পিছলে না গিয়ে SHP সাবস্ট্রেটের সাথে লেগে থাকে।অন্যদিকে, LOIS একটি খুব কম SA দেখায়, যেখানে সমস্ত তরল 10° থেকে 15° এর কম কোণে কাত হলে, সমস্ত তরল গড়িয়ে যাবে।এটি দৃঢ়ভাবে দেখায় যে LOIS এর অ-আঠালোতা SHP পৃষ্ঠের তুলনায় ভাল।এছাড়াও, LOIS আবরণগুলি টাইটানিয়াম (টি), পলিফেনাইলসালফোন (পিপিএসইউ), পলিঅক্সিমিথিলিন (পিওএম), পলিথার ইথার কিটোন (পিইইকে) এবং জৈব শোষণযোগ্য পলিমার (পিএলজিএ) সহ বিভিন্ন ধরণের উপকরণেও প্রয়োগ করা হয়, এগুলি ইমপ্লান্টেবল অর্থোপেডিক উপকরণ (চিত্র) S5))।LOIS দ্বারা চিকিত্সা করা উপাদানের উপর ফোঁটাগুলির অনুক্রমিক চিত্রগুলি দেখায় যে LOIS-এর অ্যান্টি-বায়োফুলিং বৈশিষ্ট্যগুলি সমস্ত সাবস্ট্রেটে একই।উপরন্তু, CA এবং SA এর পরিমাপের ফলাফলগুলি দেখায় যে LOIS-এর অ-আঠালো বৈশিষ্ট্যগুলি অন্যান্য উপকরণগুলিতে প্রয়োগ করা যেতে পারে।
LOIS-এর ফাউলিং-বিরোধী বৈশিষ্ট্যগুলি নিশ্চিত করার জন্য, বিভিন্ন ধরণের সাবস্ট্রেট (বেয়ার, এচড, SHP এবং LOIS সহ) সিউডোমোনাস অ্যারুগিনোসা এবং এমআরএসএ দিয়ে ক্ষয়প্রাপ্ত হয়েছিল।এই দুটি ব্যাকটেরিয়া প্রতিনিধি হাসপাতালের ব্যাকটেরিয়া হিসাবে নির্বাচিত হয়েছিল, যা বায়োফিল্ম গঠনের দিকে পরিচালিত করতে পারে, যা SSI (37) এর দিকে পরিচালিত করে।চিত্র 3 (A এবং B) যথাক্রমে স্বল্প-মেয়াদী (12 ঘন্টা) এবং দীর্ঘ-মেয়াদী (72 ঘন্টা) জন্য ব্যাকটেরিয়া সাসপেনশনে ইনকিউবেট করা সাবস্ট্রেটগুলির ফ্লুরোসেন্স মাইক্রোস্কোপ চিত্র এবং কলোনি গঠন ইউনিট (CFU) পরিমাপের ফলাফলগুলি দেখায়৷অল্প সময়ের মধ্যে, ব্যাকটেরিয়া ক্লাস্টার গঠন করবে এবং আকারে বৃদ্ধি পাবে, শ্লেষ্মা জাতীয় পদার্থ দিয়ে নিজেদেরকে ঢেকে রাখবে এবং তাদের অপসারণ রোধ করবে।যাইহোক, 72-ঘন্টা ইনকিউবেশনের সময়, ব্যাকটেরিয়া পরিপক্ক হবে এবং আরও উপনিবেশ বা ক্লাস্টার গঠনের জন্য ছড়িয়ে পড়া সহজ হবে।অতএব, এটি বিবেচনা করা যেতে পারে যে 72-ঘন্টা ইনকিউবেশন দীর্ঘমেয়াদী এবং পৃষ্ঠে একটি শক্তিশালী বায়োফিল্ম গঠনের জন্য উপযুক্ত ইনকিউবেশন সময় (38)।অল্প সময়ের মধ্যে, খোদাই করা পৃষ্ঠ এবং SHP এর পৃষ্ঠ ব্যাকটেরিয়া আনুগত্য প্রদর্শন করেছে, যা খালি স্তরের তুলনায় প্রায় 25% থেকে 50% হ্রাস পেয়েছে।যাইহোক, এর চমৎকার অ্যান্টি-বায়োফুলিং কর্মক্ষমতা এবং স্থিতিশীলতার কারণে, LOIS স্বল্প এবং দীর্ঘমেয়াদে ব্যাকটেরিয়া বায়োফিল্ম আনুগত্য দেখায়নি।স্কিম্যাটিক ডায়াগ্রাম (চিত্র 3C) এচিং সলিউশন, SHP এবং LOIS-এর অ্যান্টি-বায়োলজিক্যাল ফাউলিং মেকানিজমের ব্যাখ্যা বর্ণনা করে।অনুমান হল যে হাইড্রোফিলিক বৈশিষ্ট্য সহ খোদাই করা স্তরটির বেয়ার সাবস্ট্রেটের চেয়ে একটি বৃহত্তর পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল থাকবে।অতএব, খোদাই করা স্তরে আরও ব্যাকটেরিয়া আনুগত্য ঘটবে।যাইহোক, বেয়ার সাবস্ট্রেটের তুলনায়, খোদাই করা সাবস্ট্রেটের পৃষ্ঠে উল্লেখযোগ্যভাবে কম বায়োফিল্ম তৈরি হয়েছে।এর কারণ হল জলের অণুগুলি হাইড্রোফিলিক পৃষ্ঠের সাথে দৃঢ়ভাবে আবদ্ধ হয় এবং জলের জন্য একটি লুব্রিকেন্ট হিসাবে কাজ করে, এইভাবে স্বল্পমেয়াদে ব্যাকটেরিয়ার আনুগত্যে হস্তক্ষেপ করে (39)।যাইহোক, জলের অণুর স্তরটি খুব পাতলা এবং ব্যাকটেরিয়া সাসপেনশনে দ্রবণীয়।অতএব, জলের আণবিক স্তর দীর্ঘ সময়ের জন্য অদৃশ্য হয়ে যায়, যা ব্যাপক ব্যাকটেরিয়া আনুগত্য এবং বিস্তারের দিকে পরিচালিত করে।SHP এর জন্য, এর স্বল্পমেয়াদী অ-ভেজা বৈশিষ্ট্যের কারণে, ব্যাকটেরিয়া আনুগত্য বাধাপ্রাপ্ত হয়।হ্রাসকৃত ব্যাকটেরিয়া আনুগত্যের জন্য দায়ী করা যেতে পারে বায়ু পকেটে আটকে থাকা স্তরযুক্ত কাঠামো এবং নিম্ন পৃষ্ঠের শক্তি, যার ফলে ব্যাকটেরিয়া সাসপেনশন এবং পৃষ্ঠের মধ্যে যোগাযোগ কমিয়ে দেয়।যাইহোক, SHP-তে ব্যাপক ব্যাকটেরিয়া আনুগত্য পরিলক্ষিত হয়েছিল কারণ এটি দীর্ঘ সময়ের জন্য তার অ্যান্টি-ফাউলিং বৈশিষ্ট্য হারিয়েছে।এটি মূলত হাইড্রোস্ট্যাটিক চাপ এবং জলে বাতাসের দ্রবীভূত হওয়ার কারণে বায়ু পকেটের অদৃশ্য হওয়ার কারণে।এটি মূলত দ্রবীভূত হওয়ার কারণে বায়ু পকেটের অদৃশ্য হওয়ার কারণে এবং স্তরযুক্ত কাঠামো যা আনুগত্যের জন্য একটি বৃহত্তর পৃষ্ঠ এলাকা প্রদান করে (27, 40)।এই দুটি সাবস্ট্রেটের বিপরীতে যা দীর্ঘমেয়াদী স্থিতিশীলতার উপর গুরুত্বপূর্ণ প্রভাব ফেলে, LOIS-এ থাকা লুব্রিকেটিং লুব্রিকেন্ট মাইক্রো/ন্যানো কাঠামোতে ইনজেকশন দেওয়া হয় এবং দীর্ঘ মেয়াদে অদৃশ্য হয়ে যাবে না।মাইক্রো/ন্যানো স্ট্রাকচারে ভরা লুব্রিকেন্টগুলি খুব স্থিতিশীল এবং তাদের উচ্চ রাসায়নিক সখ্যতার কারণে পৃষ্ঠের প্রতি দৃঢ়ভাবে আকৃষ্ট হয়, যার ফলে দীর্ঘ সময়ের জন্য ব্যাকটেরিয়া আনুগত্য প্রতিরোধ করে।চিত্র S6 ফসফেট বাফার স্যালাইনে (PBS) নিমজ্জিত একটি লুব্রিকেন্ট-ইনফিউজড সাবস্ট্রেটের একটি প্রতিফলন কনফোকাল মাইক্রোস্কোপ চিত্র দেখায়।ক্রমাগত চিত্রগুলি দেখায় যে 120 ঘন্টার সামান্য ঝাঁকুনি (120 rpm) পরেও, LOIS-এর লুব্রিকেন্ট স্তর অপরিবর্তিত থাকে, যা প্রবাহের অবস্থার অধীনে দীর্ঘমেয়াদী স্থিতিশীলতা নির্দেশ করে।এটি ফ্লোরিন-ভিত্তিক SAM আবরণ এবং পারফ্লুরোকার্বন-ভিত্তিক লুব্রিকেন্টের মধ্যে উচ্চ রাসায়নিক সখ্যতার কারণে, যাতে একটি স্থিতিশীল লুব্রিকেন্ট স্তর তৈরি করা যায়।অতএব, ফাউলিং-বিরোধী কর্মক্ষমতা বজায় রাখা হয়।এছাড়াও, সাবস্ট্রেটটি প্রতিনিধি প্রোটিনের (অ্যালবুমিন এবং ফাইব্রিনোজেন) বিরুদ্ধে পরীক্ষা করা হয়েছিল, যা রক্তরসে রয়েছে, কোষগুলি ইমিউন ফাংশনের সাথে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত (ম্যাক্রোফেজ এবং ফাইব্রোব্লাস্ট) এবং হাড় গঠনের সাথে সম্পর্কিত।ক্যালসিয়ামের পরিমাণ খুব বেশি।(চিত্র 3D, 1 এবং 2, এবং চিত্র S7) (41, 42)।উপরন্তু, ফাইব্রিনোজেন, অ্যালবুমিন এবং ক্যালসিয়ামের জন্য আনুগত্য পরীক্ষার ফ্লুরোসেন্স মাইক্রোস্কোপ চিত্রগুলি প্রতিটি সাবস্ট্রেট গ্রুপের বিভিন্ন আনুগত্য বৈশিষ্ট্য দেখায় (চিত্র S8)।হাড় গঠনের সময়, সদ্য গঠিত হাড় এবং ক্যালসিয়াম স্তরগুলি অর্থোপেডিক ইমপ্লান্টকে ঘিরে থাকতে পারে, যা কেবল অপসারণকেই কঠিন করে না, তবে অপসারণের প্রক্রিয়া চলাকালীন রোগীর অপ্রত্যাশিত ক্ষতিও হতে পারে।অতএব, হাড়ের প্লেট এবং স্ক্রুগুলিতে ক্যালসিয়াম জমার নিম্ন স্তরগুলি অর্থোপেডিক সার্জারির জন্য উপকারী যা ইমপ্লান্ট অপসারণের প্রয়োজন।ফ্লুরোসেন্স তীব্রতা এবং কোষের সংখ্যার উপর ভিত্তি করে সংযুক্ত এলাকার পরিমাণ নির্ধারণের উপর ভিত্তি করে, আমরা নিশ্চিত করেছি যে LOIS অন্যান্য সাবস্ট্রেটের তুলনায় সমস্ত জৈবিক পদার্থের জন্য চমৎকার অ্যান্টি-বায়োফুলিং বৈশিষ্ট্য দেখায়।ইন ভিট্রো পরীক্ষার ফলাফল অনুসারে, অ্যান্টি-বায়োলজিক্যাল ফাউলিং LOIS অর্থোপেডিক ইমপ্লান্টে প্রয়োগ করা যেতে পারে, যা শুধুমাত্র বায়োফিল্ম ব্যাকটেরিয়া দ্বারা সৃষ্ট সংক্রমণকে বাধা দিতে পারে না, শরীরের সক্রিয় প্রতিরোধ ব্যবস্থার কারণে প্রদাহও কমাতে পারে।
(A) 12 এবং 72 ঘন্টার জন্য সিউডোমোনাস এরুগিনোসা এবং এমআরএসএ সাসপেনশনে ইনকিউব করা প্রতিটি গ্রুপের ফ্লুরোসেন্স মাইক্রোস্কোপ চিত্র (নগ্ন, খোদাই করা, এসএইচপি এবং LOIS)।(বি) প্রতিটি গ্রুপের পৃষ্ঠে সিউডোমোনাস অ্যারুগিনোসা এবং এমআরএসএর অনুগত CFU-এর সংখ্যা।(C) স্বল্প-মেয়াদী এবং দীর্ঘমেয়াদী এচিং, SHP এবং LOIS-এর অ্যান্টি-বায়োলজিক্যাল ফাউলিং প্রক্রিয়ার পরিকল্পিত চিত্র।(D) (1) ফাইব্রোব্লাস্টের সংখ্যা প্রতিটি সাবস্ট্রেটের সাথে লেগে থাকে এবং কোষের ফ্লুরোসেন্স মাইক্রোস্কোপ ইমেজ বেয়ার এবং LOIS-এর সাথে লেগে থাকে।(2) হাড় নিরাময় প্রক্রিয়ার সাথে জড়িত ইমিউন-সম্পর্কিত প্রোটিন, অ্যালবুমিন এবং ক্যালসিয়ামের আনুগত্য পরীক্ষা (* P <0.05, ** P <0.01, *** P <0.001 এবং **** P <0.0001)।ns, গুরুত্বপূর্ণ নয়।
অনিবার্য ঘনীভূত চাপের ক্ষেত্রে, যান্ত্রিক স্থায়িত্ব সর্বদাই অ্যান্টিফাউলিং আবরণ প্রয়োগের জন্য প্রধান চ্যালেঞ্জ।প্রথাগত অ্যান্টি-স্যুয়েজ জেল পদ্ধতিগুলি কম জল দ্রবণীয়তা এবং ভঙ্গুরতা সহ পলিমারের উপর ভিত্তি করে।অতএব, তারা সাধারণত বায়োমেডিকাল অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে যান্ত্রিক চাপের জন্য সংবেদনশীল।অতএব, যান্ত্রিকভাবে টেকসই অ্যান্টিফাউলিং আবরণগুলি অর্থোপেডিক ইমপ্লান্টের মতো অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য একটি চ্যালেঞ্জ হিসাবে রয়ে গেছে (43, 44)।চিত্র 4A(1) অর্থোপেডিক ইমপ্লান্টে প্রয়োগ করা দুটি প্রধান ধরণের স্ট্রেস প্রদর্শন করে, যার মধ্যে স্ক্র্যাচিং (শিয়ার স্ট্রেস) এবং ফোর্সেপ দ্বারা উত্পাদিত ক্ষতিগ্রস্থ ইমপ্লান্টের অপটিক্যাল ইমেজের সাথে কম্প্রেশন।উদাহরণস্বরূপ, যখন স্ক্রুটি একটি স্ক্রু ড্রাইভার দিয়ে শক্ত করা হয়, বা যখন সার্জন হাড়ের প্লেটটিকে চিমটি দিয়ে শক্তভাবে ধরে রাখে এবং সংকোচনকারী বল প্রয়োগ করে, তখন প্লাস্টিকের হাড়ের প্লেটটি ম্যাক্রো এবং মাইক্রো/ন্যানো স্কেল উভয় ক্ষেত্রেই ক্ষতিগ্রস্থ হবে এবং স্ক্র্যাচ হবে (চিত্র 4A, 2)।প্লাস্টিক সার্জারির সময় উত্পাদিত LOIS এই ক্ষতিগুলি সহ্য করতে পারে কিনা তা পরীক্ষা করার জন্য, মাইক্রো/ন্যানো কাঠামোর প্রভাবের যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলি অধ্যয়নের জন্য বেয়ার সাবস্ট্রেটের কঠোরতা এবং মাইক্রো/ন্যানো স্কেলে LOIS-এর তুলনা করার জন্য ন্যানোইনডেন্টেশন করা হয়েছিল (চিত্র 4B)।স্কিম্যাটিক ডায়াগ্রাম মাইক্রো/ন্যানো স্ট্রাকচারের উপস্থিতির কারণে LOIS-এর বিভিন্ন বিকৃতি আচরণ দেখায়।ন্যানোইনডেন্টেশন (চিত্র 4C) এর ফলাফলের উপর ভিত্তি করে একটি বল-স্থানচ্যুতি বক্ররেখা আঁকা হয়েছিল।নীল চিত্রটি বেয়ার সাবস্ট্রেটকে প্রতিনিধিত্ব করে, যা শুধুমাত্র সামান্য বিকৃতি দেখায়, যেমনটি 0.26-μm এর সর্বাধিক ইন্ডেন্টেশন গভীরতা দ্বারা দেখা যায়।অন্যদিকে, LOIS (লাল বক্ররেখা) এ পরিলক্ষিত ন্যানোইন্ডেন্টেশন বল এবং স্থানচ্যুতিতে ধীরে ধীরে বৃদ্ধি যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য হ্রাসের লক্ষণ দেখাতে পারে, যার ফলে 1.61μm এর ন্যানোইন্ডেন্টেশন গভীরতা দেখা যায়।এর কারণ হল LOIS-এ উপস্থিত মাইক্রো/ন্যানো কাঠামো ন্যানোইনডেন্টারের অগ্রভাগের জন্য একটি গভীর অগ্রগতির স্থান প্রদান করে, তাই এর বিকৃতি বেয়ার সাবস্ট্রেটের চেয়ে বেশি।Konsta-Gdoutos et al.(45) বিশ্বাস করে যে ন্যানোস্ট্রাকচারের উপস্থিতির কারণে, ন্যানোইন্ডেন্টেশন এবং মাইক্রো/ন্যানো রুক্ষতা অনিয়মিত ন্যানোইন্ডেন্টেশন বক্ররেখার দিকে পরিচালিত করে।ছায়াযুক্ত এলাকাটি ন্যানোস্ট্রাকচারের জন্য দায়ী করা অনিয়মিত বিকৃতি বক্ররেখার সাথে মিলে যায়, যখন অ-ছায়াযুক্ত এলাকাটি মাইক্রোস্ট্রাকচারের জন্য দায়ী করা হয়।এই বিকৃতিটি হোল্ডিং লুব্রিক্যান্টের মাইক্রোস্ট্রাকচার/ন্যানোস্ট্রাকচারকে ক্ষতিগ্রস্ত করতে পারে এবং এর ফাউলিং-বিরোধী কর্মক্ষমতাকে নেতিবাচকভাবে প্রভাবিত করতে পারে।LOIS-এর ক্ষতির প্রভাব অধ্যয়ন করার জন্য, প্লাস্টিক সার্জারির সময় শরীরে মাইক্রো/ন্যানো কাঠামোর অনিবার্য ক্ষতি প্রতিলিপি করা হয়েছিল।রক্ত এবং প্রোটিন আনুগত্য পরীক্ষা ব্যবহার করে, ইন ভিট্রোর পরে LOIS-এর অ্যান্টি-বায়োফুলিং বৈশিষ্ট্যগুলির স্থায়িত্ব নির্ধারণ করা যেতে পারে (চিত্র 4D)।অপটিক্যাল ইমেজের একটি সিরিজ প্রতিটি সাবস্ট্রেটের গর্তের কাছাকাছি ঘটে যাওয়া ক্ষতি দেখায়।অ্যান্টি-বায়োফুলিং আবরণে যান্ত্রিক ক্ষতির প্রভাব প্রদর্শনের জন্য একটি রক্তের আনুগত্য পরীক্ষা করা হয়েছিল (চিত্র 4E)।SHP-এর মতো, ক্ষতির কারণে ফাউলিং-বিরোধী বৈশিষ্ট্যগুলি হারিয়ে যায়, এবং LOIS রক্ত ​​রোধ করে চমৎকার অ্যান্টি-ফাউলিং বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে।এর কারণ, কারণ পৃষ্ঠের শক্তি ক্ষতিগ্রস্ত এলাকা জুড়ে কৈশিক ক্রিয়া দ্বারা চালিত হয়, মাইক্রোস্ট্রাকচারড লুব্রিকেন্ট লুব্রিকেন্টের প্রবাহ অ্যান্টি-ফাউলিং বৈশিষ্ট্যগুলি পুনরুদ্ধার করে (35)।অ্যালবুমিন ব্যবহার করে প্রোটিন আনুগত্য পরীক্ষায় একই প্রবণতা লক্ষ্য করা গেছে।ক্ষতিগ্রস্ত এলাকায়, SHP-এর পৃষ্ঠে প্রোটিনের আনুগত্য ব্যাপকভাবে পরিলক্ষিত হয় এবং এর ক্ষেত্রফল পরিমাপ করে, এটি বেয়ার সাবস্ট্রেটের আনুগত্য স্তরের অর্ধেক হিসাবে পরিমাপ করা যেতে পারে।অন্যদিকে, LOIS তার অ্যান্টি-বায়োফুলিং বৈশিষ্ট্যগুলিকে আনুগত্য না করেই বজায় রেখেছে (চিত্র 4, F এবং G)।এছাড়াও, স্ক্রুটির পৃষ্ঠ প্রায়শই শক্তিশালী যান্ত্রিক চাপের শিকার হয়, যেমন ড্রিলিং, তাই আমরা ভিট্রোতে স্ক্রুতে অক্ষত থাকার জন্য LOIS আবরণের ক্ষমতা অধ্যয়ন করেছি।চিত্র 4H বেয়ার, SHP এবং LOIS সহ বিভিন্ন স্ক্রুগুলির অপটিক্যাল চিত্র দেখায়।লাল আয়তক্ষেত্র টার্গেট এলাকা প্রতিনিধিত্ব করে যেখানে হাড় ইমপ্লান্টেশনের সময় শক্তিশালী যান্ত্রিক চাপ ঘটে।প্লেটের প্রোটিন আনুগত্য পরীক্ষার অনুরূপ, একটি ফ্লুরোসেন্স মাইক্রোস্কোপ প্রোটিন আনুগত্যের চিত্র এবং LOIS আবরণের অখণ্ডতা প্রমাণ করার জন্য কভারেজ এলাকা পরিমাপ করতে ব্যবহৃত হয়, এমনকি শক্তিশালী যান্ত্রিক চাপের মধ্যেও (চিত্র 4, I এবং J)।LOIS-চিকিত্সা করা স্ক্রুগুলি চমৎকার অ্যান্টি-ফাউলিং কর্মক্ষমতা প্রদর্শন করে এবং প্রায় কোনও প্রোটিন পৃষ্ঠের সাথে লেগে থাকে না।অন্যদিকে, খালি স্ক্রু এবং SHP স্ক্রুগুলিতে প্রোটিন আনুগত্য পরিলক্ষিত হয়েছিল, যেখানে SHP স্ক্রুগুলির এলাকা কভারেজ ছিল খালি স্ক্রুগুলির এক তৃতীয়াংশ।উপরন্তু, স্থিরকরণের জন্য ব্যবহৃত অর্থোপেডিক ইমপ্লান্টটি অবশ্যই যান্ত্রিকভাবে শক্তিশালী হতে হবে যাতে ফ্র্যাকচার সাইটে প্রয়োগ করা চাপ সহ্য করা যায়, যেমন চিত্র 4K-তে দেখানো হয়েছে।অতএব, যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলিতে রাসায়নিক পরিবর্তনের প্রভাব নির্ধারণের জন্য একটি নমন পরীক্ষা করা হয়েছিল।উপরন্তু, ইমপ্লান্ট থেকে স্থির চাপ বজায় রাখার জন্য এটি করা হয়।ইমপ্লান্টটি সম্পূর্ণভাবে ভাঁজ না হওয়া পর্যন্ত উল্লম্ব যান্ত্রিক বল প্রয়োগ করুন এবং একটি স্ট্রেস-স্ট্রেন কার্ভ পাওয়া যায় (চিত্র 4L, 1)।ইয়াং এর মডুলাস এবং নমনীয় শক্তি সহ দুটি বৈশিষ্ট্য তাদের যান্ত্রিক শক্তির সূচক হিসাবে বেয়ার এবং LOIS সাবস্ট্রেটের মধ্যে তুলনা করা হয়েছিল (চিত্র 4L, 2 এবং 3)।ইয়াং এর মডুলাস যান্ত্রিক পরিবর্তন সহ্য করার জন্য একটি উপাদানের ক্ষমতা নির্দেশ করে।প্রতিটি সাবস্ট্রেটের ইয়ং মডুলাস হল যথাক্রমে 41.48±1.01 এবং 40.06±0.96 GPa;পরিলক্ষিত পার্থক্য প্রায় 3.4%।উপরন্তু, এটি রিপোর্ট করা হয়েছে যে নমন শক্তি, যা উপাদানের শক্ততা নির্ধারণ করে, বেয়ার সাবস্ট্রেটের জন্য 102.34±1.51 GPa এবং SHP-এর জন্য 96.99±0.86 GPa।বেয়ার সাবস্ট্রেট প্রায় 5.3% বেশি।যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যের সামান্য হ্রাস খাঁজ প্রভাব দ্বারা সৃষ্ট হতে পারে.খাঁজ প্রভাবে, মাইক্রো/ন্যানো রুক্ষতা খাঁজের একটি সেট হিসাবে কাজ করতে পারে, যা স্থানীয় চাপের ঘনত্বের দিকে পরিচালিত করে এবং ইমপ্লান্টের যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলিকে প্রভাবিত করে (46)।যাইহোক, মানুষের কর্টিকাল হাড়ের দৃঢ়তা 7.4 এবং 31.6 GPa-এর মধ্যে বলে জানা গেছে এবং পরিমাপ করা LOIS মডুলাস মানুষের কর্টিকাল হাড়ের (47) থেকে বেশি, LOIS ফ্র্যাকচার এবং এর সামগ্রিকতাকে সমর্থন করার জন্য যথেষ্ট। যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য ন্যূনতম পৃষ্ঠ পরিবর্তন দ্বারা প্রভাবিত হয়.
(A) (1) অপারেশন চলাকালীন অর্থোপেডিক ইমপ্লান্টে প্রয়োগ করা যান্ত্রিক চাপ এবং (2) ক্ষতিগ্রস্ত অর্থোপেডিক ইমপ্লান্টের অপটিক্যাল চিত্রের পরিকল্পিত চিত্র।(B) খালি পৃষ্ঠে ন্যানোইনডেন্টেশন এবং LOIS দ্বারা ন্যানো-যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য পরিমাপের পরিকল্পিত চিত্র।(C) খালি পৃষ্ঠ এবং LOIS এর ন্যানোইনডেন্টেশন বল-স্থানচ্যুতি বক্ররেখা।(D) ইন ভিট্রো পরীক্ষার পরে, অপারেশন চলাকালীন সৃষ্ট যান্ত্রিক চাপকে অনুকরণ করতে বিভিন্ন ধরণের অর্থোপেডিক প্লেটের (ক্ষতিগ্রস্ত এলাকাটি একটি লাল আয়তক্ষেত্র দিয়ে হাইলাইট করা হয়েছে) এর অপটিক্যাল চিত্রগুলি অনুকরণ করুন।(ই) রক্তের আনুগত্য পরীক্ষা এবং (এফ) ক্ষতিগ্রস্ত অর্থোপেডিক প্লেট গ্রুপের প্রোটিন আনুগত্য পরীক্ষা।(ছ) প্লেটের সাথে লেগে থাকা প্রোটিনের এলাকা কভারেজ পরিমাপ করুন।(এইচ) ইন ভিট্রো পরীক্ষার পরে বিভিন্ন ধরণের অর্থোপেডিক স্ক্রুগুলির অপটিক্যাল চিত্র।(I) বিভিন্ন আবরণের অখণ্ডতা অধ্যয়ন করতে প্রোটিন আনুগত্য পরীক্ষা।(J) স্ক্রুতে লেগে থাকা প্রোটিনের এলাকা কভারেজ পরিমাপ করুন।(কে) খরগোশের নড়াচড়ার উদ্দেশ্য হল ভাঙ্গা হাড়ের উপর একটি নির্দিষ্ট চাপ তৈরি করা।(L) (1) বাঁকানোর আগে এবং পরে পরীক্ষার ফলাফল এবং অপটিক্যাল ছবি।(2) ইয়াং'স মডুলাস এবং (3) বেয়ার ইমপ্লান্ট এবং SHP এর মধ্যে নমন শক্তির পার্থক্য।ডেটা গড় হিসাবে প্রকাশ করা হয় ± SD (*P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001 এবং ****P<0.0001)।ছবি সৌজন্যে: Kyomin Chae, Yonsei University.
ক্লিনিকাল পরিস্থিতিতে, জৈবিক পদার্থ এবং ক্ষত স্থানগুলির সাথে বেশিরভাগ ব্যাকটেরিয়ার যোগাযোগ পরিপক্ক, পরিপক্ক বায়োফিল্ম (48) থেকে আসে।অতএব, রোগ নিয়ন্ত্রণ ও প্রতিরোধের জন্য মার্কিন কেন্দ্র অনুমান করে যে সমস্ত মানুষের সংক্রমণের 65% বায়োফিল্মগুলির সাথে সম্পর্কিত (49)।এই ক্ষেত্রে, একটি ইন ভিভো পরীক্ষামূলক নকশা প্রদান করা প্রয়োজন যা ইমপ্লান্টের পৃষ্ঠে সামঞ্জস্যপূর্ণ বায়োফিল্ম গঠন প্রদান করে।অতএব, আমরা একটি খরগোশের ফেমোরাল ফ্র্যাকচার মডেল তৈরি করেছি যেখানে অর্থোপেডিক ইমপ্লান্টগুলি একটি ব্যাকটেরিয়াল সাসপেনশনে প্রাক-ইনকিউবেট করা হয়েছিল এবং তারপর ভিভোতে LOIS-এর অ্যান্টি-ফাউলিং বৈশিষ্ট্যগুলি অধ্যয়ন করার জন্য খরগোশের ফিমারগুলিতে রোপণ করা হয়েছিল।নিম্নলিখিত তিনটি গুরুত্বপূর্ণ তথ্যের কারণে, ব্যাকটেরিয়া সংক্রমণ ব্যাকটেরিয়াল সাসপেনশনের সরাসরি ইনজেকশনের পরিবর্তে প্রাক-সংস্কৃতি দ্বারা প্ররোচিত হয়: (i) খরগোশের রোগ প্রতিরোধ ক্ষমতা স্বাভাবিকভাবেই মানুষের তুলনায় শক্তিশালী;অতএব, ব্যাকটেরিয়া সাসপেনশন এবং প্ল্যাঙ্কটোনিক ব্যাকটেরিয়া ইনজেকশন সম্ভব এটি বায়োফিল্ম গঠনের উপর কোন প্রভাব ফেলে না।(Ii) প্লাঙ্কটোনিক ব্যাকটেরিয়া অ্যান্টিবায়োটিকের জন্য বেশি সংবেদনশীল, এবং অ্যান্টিবায়োটিকগুলি সাধারণত অস্ত্রোপচারের পরে ব্যবহার করা হয়;অবশেষে, (iii) প্ল্যাঙ্কটোনিক ব্যাকটেরিয়া সাসপেনশন প্রাণীর শরীরের তরল (50) দ্বারা মিশ্রিত হতে পারে।ইমপ্লান্টেশনের আগে ব্যাকটেরিয়াল সাসপেনশনে ইমপ্লান্টকে প্রাক-কালচার করে, আমরা হাড়ের নিরাময় প্রক্রিয়ায় ব্যাকটেরিয়া সংক্রমণ এবং বিদেশী শরীরের প্রতিক্রিয়া (FBR) এর ক্ষতিকর প্রভাবগুলি পুঙ্খানুপুঙ্খভাবে অধ্যয়ন করতে পারি।ইমপ্লান্টেশনের 4 সপ্তাহ পরে খরগোশগুলিকে বলি দেওয়া হয়েছিল, কারণ হাড়ের নিরাময় প্রক্রিয়ার জন্য প্রয়োজনীয় অসিওইনটিগ্রেশন 4 সপ্তাহের মধ্যে সম্পন্ন হবে।তারপর, ইমপ্লান্টগুলি খরগোশ থেকে ডাউনস্ট্রিম অধ্যয়নের জন্য সরানো হয়েছিল।চিত্র 5A ব্যাকটেরিয়ার বিস্তার প্রক্রিয়া দেখায়।সংক্রামিত অর্থোপেডিক ইমপ্লান্ট শরীরের মধ্যে চালু করা হয়।ব্যাকটেরিয়াল সাসপেনশনে প্রাক-ইনকিউবেশনের ফলে, নগ্ন ইমপ্লান্টের মাধ্যমে রোপন করা ছয়টি খরগোশের মধ্যে ছয়টি সংক্রামিত হয়েছিল, যখন LOIS-চিকিত্সা করা ইমপ্লান্টের মাধ্যমে রোপন করা খরগোশের কেউই সংক্রামিত হয়নি।ব্যাকটেরিয়া সংক্রমণ তিনটি ধাপে অগ্রসর হয়, যার মধ্যে রয়েছে বৃদ্ধি, পরিপক্কতা এবং বিচ্ছুরণ (51)।প্রথমত, সংযুক্ত ব্যাকটেরিয়া পৃষ্ঠের উপর পুনরুত্পাদন করে এবং বৃদ্ধি পায় এবং তারপর ব্যাকটেরিয়া একটি বায়োফিল্ম গঠন করে যখন তারা এক্সট্রা সেলুলার পলিমার (ইপিএস), অ্যামাইলয়েড এবং এক্সট্রা সেলুলার ডিএনএ নির্গত করে।বায়োফিল্ম শুধুমাত্র অ্যান্টিবায়োটিকের অনুপ্রবেশে হস্তক্ষেপ করে না, বরং অ্যান্টিবায়োটিক-অবক্ষয়কারী এনজাইম (যেমন β-ল্যাকটামেস) (52) জমাতেও উৎসাহিত করে।অবশেষে, বায়োফিল্ম পরিপক্ক ব্যাকটেরিয়াকে পার্শ্ববর্তী টিস্যুতে ছড়িয়ে দেয়।তাই সংক্রমণ ঘটে।উপরন্তু, যখন একটি বিদেশী শরীর শরীরে প্রবেশ করে, তখন একটি সংক্রমণ যা একটি শক্তিশালী ইমিউন প্রতিক্রিয়া সৃষ্টি করতে পারে তা গুরুতর প্রদাহ, ব্যথা এবং অনাক্রম্যতা হ্রাস করতে পারে।চিত্র 5B ব্যাকটেরিয়া সংক্রমণের কারণে অনাক্রম্য প্রতিক্রিয়ার পরিবর্তে অর্থোপেডিক ইমপ্লান্ট সন্নিবেশের ফলে সৃষ্ট FBR-এর একটি ওভারভিউ প্রদান করে।ইমিউন সিস্টেম ঢোকানো ইমপ্লান্টটিকে একটি বিদেশী দেহ হিসাবে স্বীকৃতি দেয় এবং তারপরে কোষ এবং টিস্যুগুলি বিদেশী দেহকে আবদ্ধ করার জন্য প্রতিক্রিয়া দেখায় (53)।এফবিআর-এর প্রথম দিকে, অর্থোপেডিক ইমপ্লান্টের পৃষ্ঠে একটি সরবরাহ ম্যাট্রিক্স গঠিত হয়েছিল, যার ফলে ফাইব্রিনোজেন শোষণ হয়।শোষণ করা ফাইব্রিনোজেন তারপরে একটি অত্যন্ত ঘন ফাইব্রিন নেটওয়ার্ক গঠন করে, যা লিউকোসাইটের সংযুক্তি প্রচার করে (54)।একবার ফাইব্রিন নেটওয়ার্ক তৈরি হয়ে গেলে, নিউট্রোফিলের অনুপ্রবেশের কারণে তীব্র প্রদাহ ঘটবে।এই ধাপে, টিউমার নেক্রোসিস ফ্যাক্টর-α (TNF-α), ইন্টারলিউকিন-4 (IL-4) এবং IL-β এর ​​মতো বিভিন্ন সাইটোকাইন নির্গত হয় এবং মনোসাইটগুলি ইমপ্লান্টেশন সাইটে অনুপ্রবেশ করতে শুরু করে এবং দৈত্য কোষে পার্থক্য করতে শুরু করে।ফেজ (41, 55, 56)।FBR হ্রাস করা সবসময়ই একটি চ্যালেঞ্জ ছিল কারণ অতিরিক্ত FBR তীব্র এবং দীর্ঘস্থায়ী প্রদাহের কারণ হতে পারে, যা মারাত্মক জটিলতার কারণ হতে পারে।বেয়ার ইমপ্লান্ট এবং LOIS এর আশেপাশের টিস্যুতে ব্যাকটেরিয়া সংক্রমণের প্রভাব মূল্যায়ন করার জন্য, হেমাটোক্সিলিন এবং ইওসিন (H&E) এবং ম্যাসন ট্রাইক্রোম (MT) স্টেনিং ব্যবহার করা হয়েছিল।খালি সাবস্ট্রেটের সাথে রোপণ করা খরগোশের জন্য, গুরুতর ব্যাকটেরিয়া সংক্রমণের অগ্রগতি হয়েছে এবং H&E টিস্যু স্লাইডগুলি স্পষ্টভাবে প্রদাহের কারণে ফোড়া এবং নেক্রোসিস দেখায়।অন্যদিকে, অত্যন্ত শক্তিশালী অ্যান্টি-বায়োফুলিং পৃষ্ঠ LOIS ব্যাকটেরিয়ার আনুগত্যকে বাধা দেয়, তাই এটি সংক্রমণের কোনো লক্ষণ দেখায় না এবং প্রদাহ কমায় (চিত্র 5C)।এমটি স্টেনিংয়ের ফলাফল একই প্রবণতা দেখিয়েছে।যাইহোক, MT স্টেনিং LOIS এর সাথে রোপিত খরগোশের শোথও দেখিয়েছে, যা ইঙ্গিত করে যে পুনরুদ্ধার ঘটতে চলেছে (চিত্র 5D)।ইমিউন রেসপন্সের ডিগ্রী অধ্যয়ন করার জন্য, ইমিউনহিস্টোকেমিক্যাল (IHC) স্টেনিং সাইটোকাইন TNF-α এবং IL-6 ব্যবহার করে ইমিউন রেসপন্স সম্পর্কিত সঞ্চালিত হয়েছিল।একটি নগ্ন নেতিবাচক ইমপ্লান্ট যা ব্যাকটেরিয়ার সংস্পর্শে আসেনি তাকে একটি LOIS এর সাথে তুলনা করা হয়েছিল যা ব্যাকটেরিয়ার সংস্পর্শে এসেছিল কিন্তু ব্যাকটেরিয়া সংক্রমণের অনুপস্থিতিতে নিরাময় প্রক্রিয়া অধ্যয়ন করার জন্য সংক্রমিত হয়নি।চিত্র 5E একটি IHC স্লাইডের একটি অপটিক্যাল চিত্র দেখায় যা TNF-α প্রকাশ করে।বাদামী এলাকাটি ইমিউন প্রতিক্রিয়ার প্রতিনিধিত্ব করে, যা ইঙ্গিত করে যে LOIS-এ ইমিউন প্রতিক্রিয়া সামান্য হ্রাস পেয়েছে।উপরন্তু, LOIS-এ IL-6 এর অভিব্যক্তিটি জীবাণুমুক্ত নগ্ন (চিত্র 5F) এর নেতিবাচক অভিব্যক্তির তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে কম ছিল।সাইটোকাইনের অভিব্যক্তিটি সাইটোকাইন (চিত্র 5G) এর সাথে সম্পর্কিত অ্যান্টিবডি স্টেনিংয়ের ক্ষেত্রটি পরিমাপ করে পরিমাপ করা হয়েছিল।নেতিবাচক ইমপ্লান্টের সংস্পর্শে আসা খরগোশের সাথে তুলনা করে, LOIS এর সাথে রোপন করা খরগোশের অভিব্যক্তির মাত্রা কম ছিল, একটি অর্থপূর্ণ পার্থক্য দেখায়।সাইটোকাইন এক্সপ্রেশনের হ্রাস ইঙ্গিত করে যে LOIS-এর দীর্ঘমেয়াদী, স্থিতিশীল অ্যান্টি-ফাউলিং বৈশিষ্ট্যগুলি শুধুমাত্র ব্যাকটেরিয়া সংক্রমণের প্রতিরোধের সাথে সম্পর্কিত নয়, FBR-এর হ্রাসের সাথেও জড়িত, যা ম্যাক্রোফেজগুলি সাবস্ট্রেটের সাথে লেগে থাকা দ্বারা প্ররোচিত হয় (53, 57, 58)।তাই, LOIS-এর ইমিউন ইভেশন বৈশিষ্ট্যের কারণে কমে যাওয়া ইমিউন রেসপন্স ইমপ্লান্টেশনের পর পার্শ্বপ্রতিক্রিয়ার সমাধান করতে পারে, যেমন প্লাস্টিক সার্জারির পর অত্যধিক ইমিউন রেসপন্স।
(A) সংক্রামিত অর্থোপেডিক ইমপ্লান্টের পৃষ্ঠে বায়োফিল্ম গঠন এবং ছড়িয়ে পড়ার প্রক্রিয়ার একটি পরিকল্পিত চিত্র।ইডিএনএ, এক্সট্রা সেলুলার ডিএনএ।(B) অর্থোপেডিক ইমপ্লান্ট সন্নিবেশের পরে প্রতিরোধমূলক প্রতিক্রিয়ার পরিকল্পিত চিত্র।(C) H&E স্টেনিং এবং (D) বেয়ার পজিটিভ এবং LOIS সহ অর্থোপেডিক ইমপ্লান্টের আশেপাশের টিস্যুর MT স্টেনিং।ইমিউন-সম্পর্কিত সাইটোকাইনগুলির IHC (E) TNF-α এবং (F) IL-6 হল নগ্ন-নেতিবাচক এবং LOIS- ইমপ্লান্ট করা খরগোশের দাগযুক্ত ছবি।(G) এলাকা কভারেজ পরিমাপ (** P <0.01) দ্বারা সাইটোকাইন অভিব্যক্তির পরিমাণ।
LOIS এর বায়োকম্প্যাটিবিলিটি এবং হাড়ের নিরাময় প্রক্রিয়ার উপর এর প্রভাব ভিভোতে ডায়াগনস্টিক ইমেজিং [এক্স-রে এবং মাইক্রো-কম্পিউটেড টমোগ্রাফি (সিটি)] এবং অস্টিওক্লাস্ট আইএইচসি ব্যবহার করে পরীক্ষা করা হয়েছিল।চিত্র 6A হাড়ের নিরাময় প্রক্রিয়াটি দেখায় যা তিনটি ভিন্ন পর্যায়ে জড়িত: প্রদাহ, মেরামত এবং পুনর্নির্মাণ।যখন একটি ফ্র্যাকচার ঘটে, প্রদাহজনক কোষ এবং ফাইব্রোব্লাস্টগুলি ভাঙা হাড়ের মধ্যে প্রবেশ করবে এবং ভাস্কুলার টিস্যুতে বৃদ্ধি পেতে শুরু করবে।মেরামতের পর্যায়ে, ভাস্কুলার টিস্যুর বৃদ্ধি ফ্র্যাকচার সাইটের কাছাকাছি ছড়িয়ে পড়ে।ভাস্কুলার টিস্যু নতুন হাড় গঠনের জন্য পুষ্টি সরবরাহ করে, যাকে কলাস বলা হয়।হাড়ের নিরাময় প্রক্রিয়ার চূড়ান্ত পর্যায় হল পুনর্নির্মাণ পর্যায়, যেখানে সক্রিয় অস্টিওক্লাস্টের মাত্রা বৃদ্ধির সাহায্যে কলাসের আকার স্বাভাবিক হাড়ের আকারে হ্রাস করা হয় (59)।প্রতিটি গ্রুপে কলাস গঠনের স্তরের পার্থক্য পর্যবেক্ষণ করতে মাইক্রো-সিটি স্ক্যান ব্যবহার করে ফ্র্যাকচার সাইটের ত্রি-মাত্রিক (3D) পুনর্গঠন করা হয়েছিল।ভাঙ্গা হাড়ের চারপাশে থাকা কলাসের পুরুত্ব পর্যবেক্ষণ করতে ফিমারের ক্রস-সেকশনটি পর্যবেক্ষণ করুন (চিত্র 6, বি এবং সি)।প্রতিটি গ্রুপে বিভিন্ন হাড়ের পুনর্জন্ম প্রক্রিয়া পর্যবেক্ষণ করতে প্রতি সপ্তাহে সমস্ত গ্রুপের ফ্র্যাকচার সাইটগুলি পরীক্ষা করার জন্য এক্স-রে ব্যবহার করা হয়েছিল (চিত্র S9)।ক্যালাস এবং পরিপক্ক হাড়গুলি যথাক্রমে নীল/সবুজ এবং হাতির দাঁতে দেখানো হয়েছে।বেশিরভাগ নরম টিস্যু একটি প্রিসেট থ্রেশহোল্ড দিয়ে ফিল্টার করা হয়।নগ্ন পজিটিভ এবং SHP ফ্র্যাকচার সাইটের চারপাশে অল্প পরিমাণে কলাস গঠনের বিষয়টি নিশ্চিত করেছে।অন্যদিকে, LOIS-এর উদ্ভাসিত নেগেটিভ এবং ফ্র্যাকচার সাইট পুরু কলাস দ্বারা বেষ্টিত।মাইক্রো-সিটি চিত্রগুলি দেখিয়েছে যে ব্যাকটেরিয়া সংক্রমণ এবং সংক্রমণ-সম্পর্কিত প্রদাহ দ্বারা কলাস গঠন বাধাগ্রস্ত হয়েছিল।এর কারণ হল ইমিউন সিস্টেম হাড় পুনরুদ্ধারের পরিবর্তে সংক্রমণ-সম্পর্কিত প্রদাহ দ্বারা সৃষ্ট সেপটিক আঘাতের নিরাময়কে অগ্রাধিকার দেয় (60)।অস্টিওক্লাস্ট কার্যকলাপ এবং হাড়ের রিসোর্পশন (চিত্র 6D) (61) পর্যবেক্ষণ করতে IHC এবং টার্টরেট-প্রতিরোধী অ্যাসিড ফসফেটেস (TRAP) স্টেনিং করা হয়েছিল।নগ্ন পজিটিভ এবং এসএইচপি-তে বেগুনি রঙের দাগযুক্ত কয়েকটি সক্রিয় অস্টিওক্লাস্ট পাওয়া গেছে।অন্যদিকে, LOIS-এর নগ্ন ইতিবাচক এবং পরিপক্ক হাড়ের কাছে অনেক সক্রিয় অস্টিওক্লাস্ট পরিলক্ষিত হয়েছিল।এই ঘটনাটি নির্দেশ করে যে অস্টিওক্লাস্টের উপস্থিতিতে, ফ্র্যাকচার সাইটের চারপাশে কলাস একটি হিংসাত্মক পুনর্নির্মাণ প্রক্রিয়ার মধ্য দিয়ে চলছে (62)।কলাসের হাড়ের ভলিউম এবং অস্টিওক্লাস্ট এক্সপ্রেশন এলাকা সমস্ত গ্রুপে ফ্র্যাকচার সাইটের চারপাশে কলাস গঠনের স্তরের তুলনা করার জন্য পরিমাপ করা হয়েছিল, যাতে মাইক্রো-সিটি স্ক্যান এবং আইএইচসি ফলাফলগুলি (চিত্র 6E, 1 এবং 2) পরিমাপ করা যায়।প্রত্যাশিত হিসাবে, LOIS-এ নগ্ন নেতিবাচক এবং কলাস গঠন অন্যান্য গোষ্ঠীর তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি ছিল, ইঙ্গিত করে যে ইতিবাচক হাড়ের পুনর্নির্মাণ ঘটেছে (63)।চিত্র S10 সার্জিক্যাল সাইটের অপটিক্যাল ইমেজ দেখায়, স্ক্রুর কাছাকাছি সংগৃহীত টিস্যুর MT স্টেনিং ফলাফল, এবং ট্রাপ স্টেনিং ফলাফল স্ক্রু-বোন ইন্টারফেস হাইলাইট করে।খালি স্তরে, শক্তিশালী কলাস এবং ফাইব্রোসিস গঠন পরিলক্ষিত হয়েছিল, যখন LOIS-চিকিত্সা করা ইমপ্লান্ট তুলনামূলকভাবে অনুপস্থিত পৃষ্ঠ দেখায়।একইভাবে, নগ্ন নেগেটিভের তুলনায়, সাদা তীর দ্বারা নির্দেশিত LOIS এর সাথে রোপিত খরগোশের মধ্যে নিম্ন ফাইব্রোসিস দেখা গেছে।উপরন্তু, দৃঢ় শোথ (নীল তীর) LOIS এর অনাক্রম্যতা অপসারণের বৈশিষ্ট্যের জন্য দায়ী করা যেতে পারে, যার ফলে গুরুতর প্রদাহ হ্রাস পায়।ইমপ্লান্টের চারপাশে নন-স্টিক সারফেস এবং ফাইব্রোসিস কমে যাওয়া ইঙ্গিত দেয় যে অপসারণ প্রক্রিয়া সহজ, যার ফলে সাধারণত অন্যান্য ফ্র্যাকচার বা প্রদাহ হয়।স্ক্রু অপসারণের পরে হাড়ের নিরাময় প্রক্রিয়াটি স্ক্রু-বোন ইন্টারফেসে অস্টিওক্লাস্ট কার্যকলাপ দ্বারা মূল্যায়ন করা হয়েছিল।খালি হাড় এবং LOIS ইমপ্লান্ট ইন্টারফেস উভয়ই হাড়ের আরোগ্যের জন্য অস্টিওক্লাস্টের অনুরূপ স্তরকে শোষণ করে, ইঙ্গিত করে যে LOIS আবরণ হাড়ের নিরাময় বা ইমিউন প্রতিক্রিয়াতে কোনও নেতিবাচক প্রভাব ফেলে না।LOIS-এ সম্পাদিত পৃষ্ঠের পরিবর্তন হাড়ের নিরাময় প্রক্রিয়াতে হস্তক্ষেপ করে না তা নিশ্চিত করার জন্য, এক্স-রে পরীক্ষাটি খরগোশের হাড়ের নিরাময়কে উন্মুক্ত নেতিবাচক আয়ন এবং LOIS ইমপ্লান্টেশনের 6 সপ্তাহের (চিত্র 6F) সাথে তুলনা করতে ব্যবহৃত হয়েছিল।ফলাফলগুলি দেখায় যে অসংক্রমিত নগ্ন পজিটিভ গ্রুপের সাথে তুলনা করে, LOIS একই মাত্রার হাড়ের নিরাময় দেখিয়েছে এবং উভয় গ্রুপেই ফ্র্যাকচারের (একটানা অস্টিওলাইসিস লাইন) কোন সুস্পষ্ট লক্ষণ ছিল না।
(ক) ফ্র্যাকচারের পরে হাড় নিরাময় প্রক্রিয়ার পরিকল্পিত চিত্র।(B) প্রতিটি পৃষ্ঠ গোষ্ঠীর কলাস গঠনের ডিগ্রীর পার্থক্য এবং (C) ফ্র্যাকচার সাইটের ক্রস-বিভাগীয় চিত্র।(D) অস্টিওক্লাস্ট কার্যকলাপ এবং হাড়ের রিসোর্পশন কল্পনা করতে ট্র্যাপ স্টেনিং।TRAP কার্যকলাপের উপর ভিত্তি করে, কর্টিকাল হাড়ের বাহ্যিক কলাসের গঠন (E) (1) মাইক্রো-CT এবং (2) অস্টিওক্লাস্ট কার্যকলাপ দ্বারা পরিমাণগতভাবে বিশ্লেষণ করা হয়েছিল।(F) ইমপ্লান্টেশনের 6 সপ্তাহ পরে, উন্মুক্ত নেতিবাচক (লাল ড্যাশযুক্ত আয়তক্ষেত্র দ্বারা হাইলাইট) এবং LOIS (নীল ড্যাশযুক্ত আয়তক্ষেত্র দ্বারা হাইলাইট) এর ভাঙ্গা হাড়ের এক্স-রে চিত্র।পরিসংখ্যানগত বিশ্লেষণ একমুখী বৈকল্পিক বিশ্লেষণ (ANOVA) দ্বারা সম্পাদিত হয়েছিল।* পি <0.05।** পি <0.01।
সংক্ষেপে, LOIS অর্থোপেডিক ইমপ্লান্টের জন্য একটি নতুন ধরনের অ্যান্টিব্যাকটেরিয়াল সংক্রমণ কৌশল এবং ইমিউন পালানোর আবরণ সরবরাহ করে।SHP ফাংশনালাইজেশন সহ প্রচলিত অর্থোপেডিক ইমপ্লান্টগুলি স্বল্পমেয়াদী অ্যান্টি-বায়োফুলিং বৈশিষ্ট্যগুলি প্রদর্শন করে, কিন্তু দীর্ঘ সময়ের জন্য তাদের বৈশিষ্ট্য বজায় রাখতে পারে না।সাবস্ট্রেটের সুপারহাইড্রোফোবিসিটি ব্যাকটেরিয়া এবং সাবস্ট্রেটের মধ্যে বাতাসের বুদবুদ আটকে দেয়, যার ফলে বায়ু পকেট তৈরি হয়, যার ফলে ব্যাকটেরিয়া সংক্রমণ প্রতিরোধ হয়।যাইহোক, বাতাসের প্রসারণের কারণে, এই বায়ু পকেটগুলি সহজেই সরানো হয়।অন্যদিকে, LOIS বায়োফিল্ম-সম্পর্কিত সংক্রমণ প্রতিরোধ করার ক্ষমতা ভালভাবে প্রমাণ করেছে।সুতরাং, স্তরযুক্ত মাইক্রো/ন্যানো কাঠামোর পৃষ্ঠে ইনজেকশন করা লুব্রিকেন্ট স্তরের বিরোধী-প্রত্যাখ্যান বৈশিষ্ট্যের কারণে, সংক্রমণ-সম্পর্কিত প্রদাহ প্রতিরোধ করা যেতে পারে।SEM, AFM, XPS এবং CA পরিমাপ সহ বিভিন্ন চরিত্রায়ন পদ্ধতি LOIS উত্পাদন অবস্থার অপ্টিমাইজ করতে ব্যবহৃত হয়।এছাড়াও, LOIS বিভিন্ন জৈবিক উপাদানগুলিতেও প্রয়োগ করা যেতে পারে যা সাধারণত অর্থোপেডিক ফিক্সেশন সরঞ্জামগুলিতে ব্যবহৃত হয়, যেমন PLGA, Ti, PE, POM এবং PPSU।তারপরে, LOIS এর জীবাণুরোধী বৈশিষ্ট্যগুলি ব্যাকটেরিয়া এবং ইমিউন প্রতিক্রিয়া সম্পর্কিত জৈবিক পদার্থের বিরুদ্ধে প্রমাণ করার জন্য ভিট্রোতে পরীক্ষা করা হয়েছিল।ফলাফলগুলি দেখায় যে বেয়ার ইমপ্লান্টের তুলনায় এটিতে চমৎকার অ্যান্টিব্যাকটেরিয়াল এবং অ্যান্টি-বায়োফুলিং প্রভাব রয়েছে।উপরন্তু, LOIS যান্ত্রিক চাপ প্রয়োগ করার পরেও যান্ত্রিক শক্তি দেখায়, যা প্লাস্টিক সার্জারিতে অনিবার্য।মাইক্রো/ন্যানো কাঠামোর পৃষ্ঠে লুব্রিকেন্টের স্ব-নিরাময় বৈশিষ্ট্যের কারণে, LOIS সফলভাবে এর অ্যান্টি-জৈবিক ফাউলিং বৈশিষ্ট্য বজায় রেখেছে।ভিভোতে LOIS-এর জৈব সামঞ্জস্যতা এবং ব্যাকটেরিয়ারোধী বৈশিষ্ট্যগুলি অধ্যয়ন করার জন্য, LOIS কে 4 সপ্তাহের জন্য খরগোশের ফিমারে রোপণ করা হয়েছিল।LOIS দিয়ে রোপন করা খরগোশের মধ্যে কোনো ব্যাকটেরিয়া সংক্রমণ পরিলক্ষিত হয়নি।উপরন্তু, IHC-এর ব্যবহার স্থানীয় রোগ প্রতিরোধ ক্ষমতার একটি হ্রাস স্তর প্রদর্শন করেছে, যা ইঙ্গিত করে যে LOIS হাড়ের নিরাময় প্রক্রিয়াকে বাধা দেয় না।LOIS চমৎকার অ্যান্টিব্যাকটেরিয়াল এবং অনাক্রম্যতা অপসারণের বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে এবং অর্থোপেডিক সার্জারির আগে এবং বিশেষ করে হাড়ের সংশ্লেষণের জন্য কার্যকরভাবে বায়োফিল্ম গঠন প্রতিরোধ করতে প্রমাণিত হয়েছে।খরগোশের অস্থি মজ্জার প্রদাহজনক ফেমোরাল ফ্র্যাকচার মডেল ব্যবহার করে, প্রাক-ইনকিউবেটেড ইমপ্লান্ট দ্বারা প্ররোচিত হাড় নিরাময় প্রক্রিয়ার উপর বায়োফিল্ম-সম্পর্কিত সংক্রমণের প্রভাব গভীরভাবে অধ্যয়ন করা হয়েছিল।ভবিষ্যতের অধ্যয়ন হিসাবে, সম্পূর্ণ নিরাময় প্রক্রিয়া চলাকালীন বায়োফিল্ম-সম্পর্কিত সংক্রমণগুলি সম্পূর্ণরূপে বুঝতে এবং প্রতিরোধ করার জন্য ইমপ্লান্টেশনের পরে সম্ভাব্য সংক্রমণগুলি অধ্যয়নের জন্য একটি নতুন ইন ভিভো মডেলের প্রয়োজন।উপরন্তু, LOIS-এর সাথে একীকরণের ক্ষেত্রে অস্টিওইন্ডাকশন এখনও একটি অমীমাংসিত চ্যালেঞ্জ।চ্যালেঞ্জ কাটিয়ে উঠতে LOIS এর সাথে অস্টিওইন্ডাক্টিভ কোষের বাছাইকৃত আনুগত্য বা পুনরুত্পাদনকারী ওষুধকে একত্রিত করার জন্য আরও গবেষণা প্রয়োজন।সামগ্রিকভাবে, LOIS যান্ত্রিক দৃঢ়তা এবং চমৎকার অ্যান্টি-বায়োফুলিং বৈশিষ্ট্য সহ একটি প্রতিশ্রুতিবদ্ধ অর্থোপেডিক ইমপ্লান্ট আবরণের প্রতিনিধিত্ব করে, যা SSI এবং ইমিউন পার্শ্ব প্রতিক্রিয়া কমাতে পারে।
দূষিত পদার্থ অপসারণের জন্য 15 মিমি x 15 মিমি x 1 মিমি 304 এসএস সাবস্ট্রেট (ডং কাং এম-টেক কোং, কোরিয়া) অ্যাসিটোন, ইটিওএইচ এবং ডিআই জলে 15 মিনিটের জন্য ধুয়ে ফেলুন।পৃষ্ঠে একটি মাইক্রো/ন্যানো-স্তরের কাঠামো তৈরি করার জন্য, পরিষ্কার করা সাবস্ট্রেটকে 50°C তাপমাত্রায় 48% থেকে 51% HF দ্রবণে (DUKSAN Corp., South Korea) ডুবিয়ে রাখা হয়।এচিং সময় 0 থেকে 60 মিনিটের মধ্যে পরিবর্তিত হয়।তারপরে, খোদাই করা সাবস্ট্রেটটি ডিওনাইজড জল দিয়ে পরিষ্কার করা হয় এবং একটি 65% HNO3 (Korea DUKSAN Corp.) দ্রবণে 50°C তাপমাত্রায় 30 মিনিটের জন্য পৃষ্ঠের উপর একটি ক্রোমিয়াম অক্সাইড প্যাসিভেশন স্তর তৈরি করে।নিষ্ক্রিয়করণের পরে, স্তরযুক্ত কাঠামো সহ একটি স্তর পাওয়ার জন্য স্তরটি ডিওনাইজড জল দিয়ে ধুয়ে শুকানো হয়।এরপরে, সাবস্ট্রেটটি অক্সিজেন প্লাজমা (100 W, 3 মিনিট) এর সংস্পর্শে আসে এবং অবিলম্বে 8.88 mM POTS (Sigma-Aldrich, Germany) এর দ্রবণে 12 ঘন্টা ঘরের তাপমাত্রায় টলুইনে ডুবিয়ে রাখা হয়।তারপরে, POTS-এর সাথে লেপা সাবস্ট্রেটটি EtOH দিয়ে পরিষ্কার করা হয়েছিল, এবং একটি ঘন POTS SAM পাওয়ার জন্য 2 ঘন্টার জন্য 150°C তাপমাত্রায় অ্যানিল করা হয়েছিল।SAM আবরণের পর, 20 μm/cm 2 এর লোডিং ভলিউম সহ একটি পারফ্লুরোপোলিথার লুব্রিকেন্ট (Krytox 101; DuPont, USA) প্রয়োগ করে সাবস্ট্রেটের উপর একটি লুব্রিক্যান্ট স্তর তৈরি করা হয়েছিল। ব্যবহারের আগে, 0.2 মাইক্রন ফিল্টারের মাধ্যমে লুব্রিকেন্ট ফিল্টার করুন।15 মিনিটের জন্য 45° কোণে কাত করে অতিরিক্ত লুব্রিকেন্ট সরান।304 SS (লকিং প্লেট এবং কর্টিকাল লকিং স্ক্রু; ডং কাং এম-টেক কোং, কোরিয়া) দিয়ে তৈরি অর্থোপেডিক ইমপ্লান্টের জন্য একই উত্পাদন পদ্ধতি ব্যবহার করা হয়েছিল।সমস্ত অর্থোপেডিক ইমপ্লান্ট খরগোশের ফিমারের জ্যামিতির সাথে মানানসই করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে।
সাবস্ট্রেট এবং অর্থোপেডিক ইমপ্লান্টের পৃষ্ঠের আকারবিদ্যা ক্ষেত্র নির্গমন SEM (ইন্সপেক্ট F50, FEI, USA) এবং AFM (XE-100, পার্ক সিস্টেম, দক্ষিণ কোরিয়া) দ্বারা পরিদর্শন করা হয়েছিল।পৃষ্ঠের রুক্ষতা (Ra, Rq) পরিমাপ করা হয় 20 μm এর ক্ষেত্রফলকে 20 μm (n=4) দ্বারা গুণ করে।একটি XPS (PHI 5000 VersaProbe, ULVAC PHI, Japan) একটি আল Kα এক্স-রে উৎস দিয়ে সজ্জিত সিস্টেমটি 100μm2 এর স্পট আকারের সাথে পৃষ্ঠের রাসায়নিক গঠন বিশ্লেষণ করতে ব্যবহৃত হয়েছিল।একটি ডায়নামিক ইমেজ ক্যাপচার ক্যামেরা (স্মার্টড্রপ, ফেমটোবিওমেড, দক্ষিণ কোরিয়া) দিয়ে সজ্জিত একটি CA পরিমাপ সিস্টেম তরল CA এবং SA পরিমাপ করতে ব্যবহৃত হয়েছিল।প্রতিটি পরিমাপের জন্য, CA পরিমাপের জন্য 6 থেকে 10 μl ফোঁটা (ডিওনাইজড জল, ঘোড়ার রক্ত, EG, 30% ইথানল, এবং HD) পৃষ্ঠে স্থাপন করা হয়।যখন সাবস্ট্রেটের প্রবণতা কোণ 2°/s (n = 4) গতিতে বৃদ্ধি পায়, তখন ফোঁটা পড়ে গেলে SA পরিমাপ করা হয়।
Pseudomonas aeruginosa [American Type Culture Collection (ATCC) 27853] এবং MRSA (ATCC 25923) ATCC (Manassas, Virginia, USA) থেকে কেনা হয়েছিল, এবং স্টক কালচার -80°C-তে বজায় রাখা হয়েছিল।ব্যবহারের আগে, হিমায়িত কালচারটি ট্রিপসিন-গলানো সয়াবিনের ঝোল (কোমেদ, কোরিয়া) 37 ডিগ্রি সেলসিয়াসে 18 ঘন্টার জন্য ইনকিউব করা হয়েছিল এবং তারপরে এটি সক্রিয় করতে দুবার স্থানান্তরিত হয়েছিল।ইনকিউবেশনের পর, কালচারটিকে 10,000 rpm-এ 10 মিনিটের জন্য 4°C তাপমাত্রায় কেন্দ্রীভূত করা হয় এবং PBS (pH 7.3) দ্রবণ দিয়ে দুবার ধুয়ে ফেলা হয়।সেন্ট্রিফিউজ কালচার তারপর ব্লাড আগর প্লেটে (BAP) সাবকালচার করা হয়।MRSA এবং Pseudomonas aeruginosa রাতারাতি প্রস্তুত করা হয়েছিল এবং Luria-Bertani ব্রোথে সংস্কৃত করা হয়েছিল।ইনোকুলামে সিউডোমোনাস অ্যারুগিনোসা এবং এমআরএসএর ঘনত্ব আগরের সিরিয়াল ডিলিউশনে সাসপেনশনের CFU দ্বারা পরিমাণগতভাবে নির্ধারিত হয়েছিল।তারপরে, ব্যাকটেরিয়ার ঘনত্বকে 0.5 ম্যাকফারল্যান্ড স্ট্যান্ডার্ডে সামঞ্জস্য করুন, যা 108 CFU/ml এর সমতুল্য।তারপর কার্যকরী ব্যাকটেরিয়া সাসপেনশনকে 100 বার 106 CFU/ml করে পাতলা করুন।অ্যান্টিব্যাকটেরিয়াল আনুগত্য বৈশিষ্ট্য পরীক্ষা করার জন্য, সাবস্ট্রেটটি ব্যবহারের আগে 15 মিনিটের জন্য 121 ডিগ্রি সেলসিয়াসে জীবাণুমুক্ত করা হয়েছিল।তারপরে সাবস্ট্রেটটিকে 25 মিলি ব্যাকটেরিয়াল সাসপেনশনে স্থানান্তরিত করা হয় এবং 12 এবং 72 ঘন্টার জন্য জোরালো ঝাঁকুনি (200 rpm) সহ 37 ডিগ্রি সেলসিয়াসে ইনকিউব করা হয়।ইনকিউবেশনের পরে, প্রতিটি সাবস্ট্রেট ইনকিউবেটর থেকে সরানো হয়েছিল এবং পৃষ্ঠের যে কোনও ভাসমান ব্যাকটেরিয়া অপসারণের জন্য পিবিএস দিয়ে 3 বার ধুয়ে ফেলা হয়েছিল।সাবস্ট্রেটের বায়োফিল্মটি পর্যবেক্ষণ করার জন্য, বায়োফিল্মটি মিথানল দিয়ে স্থির করা হয়েছিল এবং 1 মিলি ক্রিমিডিন কমলা দিয়ে 2 মিনিটের জন্য দাগ দেওয়া হয়েছিল।তারপরে একটি ফ্লুরোসেন্স মাইক্রোস্কোপ (BX51TR, Olympus, Japan) দাগযুক্ত বায়োফিল্মের ছবি তোলার জন্য ব্যবহার করা হয়েছিল।সাবস্ট্রেটের বায়োফিল্ম পরিমাপ করার জন্য, সংযুক্ত কোষগুলিকে পুঁতি ঘূর্ণি পদ্ধতি দ্বারা স্তর থেকে আলাদা করা হয়েছিল, যা সংযুক্ত ব্যাকটেরিয়া (n = 4) অপসারণের জন্য সবচেয়ে উপযুক্ত পদ্ধতি হিসাবে বিবেচিত হয়েছিল।জীবাণুমুক্ত ফোর্সেপ ব্যবহার করে, বৃদ্ধির মাধ্যম থেকে সাবস্ট্রেটটি সরিয়ে ফেলুন এবং অতিরিক্ত তরল অপসারণের জন্য ভাল প্লেটটি আলতো চাপুন।আলগাভাবে সংযুক্ত কোষগুলি জীবাণুমুক্ত পিবিএস দিয়ে দুবার ধুয়ে মুছে ফেলা হয়েছিল।প্রতিটি সাবস্ট্রেট তারপরে 9 মিলি 0.1% প্রোটিন ইপিটি স্যালাইন (PSW) এবং 2 গ্রাম 20 থেকে 25 জীবাণুমুক্ত কাচের পুঁতি (0.4 থেকে 0.5 মিমি ব্যাস) ধারণকারী একটি জীবাণুমুক্ত টেস্ট টিউবে স্থানান্তরিত হয়।তারপরে নমুনা থেকে কোষগুলিকে আলাদা করার জন্য এটি 3 মিনিটের জন্য ঘূর্ণায়মান ছিল।ঘূর্ণিকরণের পরে, সাসপেনশনটি 0.1% PSW দিয়ে 10-গুণ ক্রমিকভাবে মিশ্রিত করা হয়েছিল, এবং তারপরে BAP-তে প্রতিটি তরলীকরণের 0.1 মিলি টিকা দেওয়া হয়েছিল।37 ডিগ্রি সেলসিয়াসে 24 ঘন্টা ইনকিউবেশনের পরে, CFU ম্যানুয়ালি গণনা করা হয়েছিল।
কোষগুলির জন্য, মাউস ফাইব্রোব্লাস্ট NIH/3T3 (CRL-1658; আমেরিকান ATCC) এবং মাউস ম্যাক্রোফেজ RAW 264.7 (TIB-71; আমেরিকান ATCC) ব্যবহার করা হয়েছিল।মাউস ফাইব্রোব্লাস্ট সংস্কৃতির জন্য Dulbecco-এর পরিবর্তিত ঈগল মাধ্যম (DMEM; LM001-05, Welgene, Korea) ব্যবহার করুন এবং 10% বাছুরের সিরাম (S103-01, Welgene) এবং 1% পেনিসিলিন-স্ট্রেপ্টোমাইসিন (PS ; LS202-Welgene) এর সাথে সম্পূরক করুন। 10% ভ্রূণ বোভাইন সিরাম (S001-01, Welgene) এবং 1% PS দিয়ে সাবস্ট্রেটটিকে 105 কোষ/cm2-এ রাখুন। কোষগুলিকে রাতারাতি 37°C এবং 5% CO2 তে 20 মিনিটের জন্য স্থির করা হয়েছিল এবং 50nM টেট্রামাইথাইলের মধ্যে 5 মিনিটের জন্য 0.5% প্যারাফর্মালডিহাইডে রাখা হয়েছিল৷ 30 মিনিটের জন্য 37 ডিগ্রি সেলসিয়াসে, 4′,6-ডায়ামিনো-2-ফিনিলিন্ডোল (H -1200, ভেক্টর ল্যাবরেটরিজ, ইউকে) ভেকটাশিয়েলড ফিক্সেশন মিডিয়াম (n = 4 প্রতি কোষ) সহ সাবস্ট্রেট ব্যবহার করুন , ফ্লুরোসেসিন, ফ্লুরোসেসিন আইসোথিওসায়ানেট-অ্যালবুমিন (A9771, সিগমা-অলড্রিচ, জার্মানি) এবং মানুষের প্লাজমা অ্যালেক্সা ফ্লুর 488-কনজুগেটেড ফাইব্রিনোজেন (F13191, ইনভিট্রোজেন, USA) পিবিএস (10 mM, pH4) এ দ্রবীভূত হয়েছিল।অ্যালবুমিন এবং ফাইব্রিনোজেনের ঘনত্ব যথাক্রমে 1 এবং 150 μg/ml ছিল।সাবস্ট্রেটের পরে প্রোটিন দ্রবণে ডুবানোর আগে, পৃষ্ঠটিকে পুনরায় হাইড্রেট করতে পিবিএস দিয়ে ধুয়ে ফেলুন।তারপর প্রোটিন দ্রবণ সহ একটি ছয়-কূপ প্লেটে সমস্ত স্তর নিমজ্জিত করুন এবং 37 ডিগ্রি সেলসিয়াসে 30 এবং 90 মিনিটের জন্য ইনকিউবেট করুন।ইনকিউবেশনের পরে, প্রোটিন দ্রবণ থেকে সাবস্ট্রেটটি সরানো হয়, পিবিএস দিয়ে 3 বার আলতোভাবে ধুয়ে এবং 4% প্যারাফর্মালডিহাইড (প্রতিটি প্রোটিনের জন্য n = 4) দিয়ে স্থির করা হয়।ক্যালসিয়ামের জন্য, সোডিয়াম ক্লোরাইড (0.21 M) এবং পটাসিয়াম ফসফেট (3.77 mM) ) ডিওনাইজড জলে দ্রবীভূত হয়েছিল।হাইড্রোক্লোরাইড দ্রবণ (1M) যোগ করে দ্রবণের pH 2.0 এ সামঞ্জস্য করা হয়েছিল।তারপরে ক্যালসিয়াম ক্লোরাইড (5.62 মিমি) দ্রবণে দ্রবীভূত হয়েছিল।1M tris(hydroxymethyl)-অ্যামিনো মিথেন যোগ করে দ্রবণের pH 7.4 এ সামঞ্জস্য করে।1.5× ক্যালসিয়াম ফসফেট দ্রবণে ভরা একটি ছয়-কূপ প্লেটে সমস্ত স্তর নিমজ্জিত করুন এবং 30 মিনিট পরে দ্রবণ থেকে সরান।দাগের জন্য, 2 গ্রাম আলিজারিন রেড এস (CI 58005) 100 মিলি ডিওনাইজড জলের সাথে মেশান।তারপর, pH 4-এ সামঞ্জস্য করতে 10% অ্যামোনিয়াম হাইড্রক্সাইড ব্যবহার করুন। অ্যালিজারিন রেড দ্রবণ দিয়ে 5 মিনিটের জন্য সাবস্ট্রেটটি রঞ্জিত করুন এবং তারপরে অতিরিক্ত রঞ্জক এবং দাগ ঝেড়ে ফেলুন।ঝাঁকুনি প্রক্রিয়ার পরে, স্তরটি সরান।উপাদানটি ডিহাইড্রেটেড হয়, তারপরে 5 মিনিটের জন্য অ্যাসিটোনে ডুবিয়ে রাখা হয়, তারপরে 5 মিনিটের জন্য অ্যাসিটোন-জাইলিন (1:1) দ্রবণে ডুবিয়ে রাখা হয় এবং অবশেষে জাইলিন (n = 4) দিয়ে ধুয়ে ফেলা হয়।×10 এবং ×20 অবজেক্টিভ লেন্স সহ ফ্লুরোসেন্স মাইক্রোস্কোপ (অ্যাক্সিও ইমেজার) ব্যবহার করা হয়।.A2m, Zeiss, Germany) সব সাবস্ট্রেটের ছবি।ImageJ/FIJI (https://imagej.nih.gov/ij/) চারটি ভিন্ন ইমেজিং এলাকার প্রতিটি গ্রুপে জৈবিক পদার্থের আনুগত্যের ডেটা পরিমাপ করতে ব্যবহৃত হয়েছিল।সাবস্ট্রেট তুলনার জন্য নির্দিষ্ট থ্রেশহোল্ড সহ সমস্ত ছবিকে বাইনারি ছবিতে রূপান্তর করুন।
একটি Zeiss LSM 700 কনফোকাল মাইক্রোস্কোপ প্রতিফলন মোডে পিবিএস-এ লুব্রিকেন্ট স্তরের স্থায়িত্ব নিরীক্ষণ করতে ব্যবহৃত হয়েছিল।একটি ইনজেকশনযুক্ত লুব্রিকেটিং স্তর সহ ফ্লোরিন-ভিত্তিক SAM-প্রলিপ্ত কাচের নমুনাটি একটি পিবিএস দ্রবণে নিমজ্জিত হয়েছিল এবং হালকা কাঁপানো অবস্থার (120 rpm) অধীনে একটি অরবিটাল শেকার (SHO-1D; ডাইহান সায়েন্টিফিক, দক্ষিণ কোরিয়া) ব্যবহার করে পরীক্ষা করা হয়েছিল।তারপর নমুনা নিন এবং প্রতিফলিত আলোর ক্ষতি পরিমাপ করে লুব্রিকেন্টের ক্ষতি নিরীক্ষণ করুন।প্রতিফলন মোডে ফ্লুরোসেন্স চিত্রগুলি অর্জন করতে, নমুনাটি একটি 633 এনএম লেজারের সংস্পর্শে আসে এবং তারপরে সংগ্রহ করা হয়, কারণ আলোটি নমুনা থেকে প্রতিফলিত হবে।নমুনাগুলি 0, 30, 60 এবং 120 ঘন্টার ব্যবধানে পরিমাপ করা হয়েছিল।
অর্থোপেডিক ইমপ্লান্টের ন্যানোমেকানিকাল বৈশিষ্ট্যগুলির উপর পৃষ্ঠের পরিবর্তন প্রক্রিয়ার প্রভাব নির্ধারণের জন্য, ন্যানোইনডেনডিওন পরিমাপ করার জন্য একটি ন্যানোইনডেনটার (TI 950 TriboIndenter, Hysitron, USA) একটি তিন-পার্শ্বযুক্ত পিরামিড-আকৃতির বারকোভিচ ডায়মন্ড টিপ দিয়ে সজ্জিত করা হয়েছিল।সর্বোচ্চ লোড হল 10 mN এবং এলাকা হল 100μmx 100μm।সমস্ত পরিমাপের জন্য, লোডিং এবং আনলোডিং সময় 10 সেকেন্ড, এবং পিক ইন্ডেন্টেশন লোডের অধীনে হোল্ডিং টাইম 2 সেকেন্ড।পাঁচটি ভিন্ন অবস্থান থেকে পরিমাপ নিন এবং গড় নিন।লোডের অধীনে যান্ত্রিক শক্তি কর্মক্ষমতা মূল্যায়ন করার জন্য, একটি সার্বজনীন টেস্টিং মেশিন (Instron 5966, Instron, USA) ব্যবহার করে একটি ট্রান্সভার্স তিন-পয়েন্ট নমন পরীক্ষা করা হয়েছিল।বর্ধিত লোড সহ 10 N/s একটি ধ্রুবক হারে সাবস্ট্রেটটি সংকুচিত হয়।ব্লুহিল ইউনিভার্সাল সফ্টওয়্যার প্রোগ্রাম (n = 3) নমনীয় মডুলাস এবং সর্বাধিক সংকোচনের চাপ গণনা করতে ব্যবহৃত হয়েছিল।
অপারেশন প্রক্রিয়া এবং অপারেশন চলাকালীন সৃষ্ট সম্পর্কিত যান্ত্রিক ক্ষতি অনুকরণ করার জন্য, অপারেশন প্রক্রিয়াটি ভিট্রোতে সঞ্চালিত হয়েছিল।ফেমারগুলি মৃত্যুদন্ডপ্রাপ্ত নিউজিল্যান্ডের সাদা খরগোশ থেকে সংগ্রহ করা হয়েছিল।ফিমারটি 1 সপ্তাহের জন্য 4% প্যারাফর্মালডিহাইডে পরিষ্কার এবং স্থির করা হয়েছিল।পশু পরীক্ষা পদ্ধতিতে বর্ণিত হিসাবে, স্থির ফিমার অস্ত্রোপচারের মাধ্যমে পরিচালিত হয়েছিল।অপারেশনের পরে, অর্থোপেডিক ইমপ্লান্টটি 10 ​​সেকেন্ডের জন্য রক্তে (ঘোড়ার রক্ত, কিসান, কোরিয়া) নিমজ্জিত করা হয়েছিল যা যান্ত্রিক আঘাত প্রয়োগ করার পরে রক্তের আনুগত্য ঘটেছে কিনা তা নিশ্চিত করতে (n = 3)।
মোট 24টি পুরুষ নিউজিল্যান্ড সাদা খরগোশ (ওজন 3.0 থেকে 3.5 কেজি, গড় বয়স 6 মাস) এলোমেলোভাবে চারটি গ্রুপে বিভক্ত ছিল: নগ্ন নেতিবাচক, নগ্ন পজিটিভ, SHP এবং LOIS।প্রাণীদের সাথে জড়িত সমস্ত পদ্ধতি প্রাতিষ্ঠানিক প্রাণী যত্ন ও ব্যবহার কমিটির (IACUC অনুমোদিত, KOREA-2017-0159) এর নৈতিক মান অনুযায়ী সম্পাদিত হয়েছিল।অর্থোপেডিক ইমপ্লান্টে ফ্র্যাকচার ফিক্সেশনের জন্য পাঁচটি ছিদ্র (দৈর্ঘ্য 41 মিমি, প্রস্থ 7 মিমি এবং পুরুত্ব 2 মিমি) এবং কর্টিকাল লকিং স্ক্রু (দৈর্ঘ্য 12 মিমি, ব্যাস 2.7 মিমি) সহ একটি লকিং প্লেট থাকে।বেয়ার-নেগেটিভ গ্রুপে ব্যবহৃত প্লেট এবং স্ক্রুগুলি ব্যতীত, সমস্ত প্লেট এবং স্ক্রুগুলি 12 ঘন্টার জন্য এমআরএসএ সাসপেনশন (106 CFU/ml) এ ইনকিউবেট করা হয়েছিল।নগ্ন-নেতিবাচক গ্রুপ (n=6) সংক্রমণের নেতিবাচক নিয়ন্ত্রণ হিসাবে ব্যাকটেরিয়া সাসপেনশনের সংস্পর্শে না গিয়ে নগ্ন পৃষ্ঠের ইমপ্লান্ট দিয়ে চিকিত্সা করা হয়েছিল।বেয়ার ইতিবাচক গ্রুপ (n = 6) সংক্রমণের ইতিবাচক নিয়ন্ত্রণ হিসাবে ব্যাকটেরিয়ার সংস্পর্শে থাকা খালি পৃষ্ঠের ইমপ্লান্ট দিয়ে চিকিত্সা করা হয়েছিল।SHP গ্রুপ (n = 6) ব্যাকটেরিয়াভাবে উদ্ভাসিত SHP ইমপ্লান্ট দিয়ে চিকিত্সা করা হয়েছিল।অবশেষে, LOIS গ্রুপটিকে ব্যাকটেরিয়া-উন্মুক্ত LOIS ইমপ্লান্ট (n = 6) দিয়ে চিকিত্সা করা হয়েছিল।সমস্ত প্রাণীকে একটি খাঁচায় রাখা হয় এবং প্রচুর খাবার এবং জল সরবরাহ করা হয়।অপারেশনের আগে, খরগোশগুলিকে 12 ঘন্টা উপোস করা হয়েছিল।জাইলাজিন (5mg/kg) এর ইন্ট্রামাসকুলার ইনজেকশন এবং ইনডাকশনের জন্য প্যাক্লিট্যাক্সেল (3mg/kg) এর ইন্ট্রাভেনাস ইনজেকশন দ্বারা প্রাণীদের চেতনানাশক করা হয়েছিল।এর পরে, এনেস্থেশিয়া বজায় রাখার জন্য শ্বাসযন্ত্রের মাধ্যমে 2% আইসোফ্লুরেন এবং 50% থেকে 70% মেডিকেল অক্সিজেন (প্রবাহের হার 2 লি/মিনিট) সরবরাহ করুন।এটি পার্শ্বীয় ফিমারে সরাসরি পদ্ধতির মাধ্যমে বসানো হয়।চুল অপসারণ এবং ত্বকের পোভিডোন-আয়োডিন জীবাণুমুক্ত করার পরে, বাম মাঝারি ফিমারের বাইরের দিকে প্রায় 6 সেমি লম্বা একটি ছেদ তৈরি করা হয়েছিল।ফিমারকে আচ্ছাদিত পেশীগুলির মধ্যে ফাঁক খোলার মাধ্যমে, ফিমার সম্পূর্ণরূপে উন্মুক্ত হয়।ফেমোরাল শ্যাফ্টের সামনে প্লেটটি রাখুন এবং চারটি স্ক্রু দিয়ে এটি ঠিক করুন।স্থির করার পরে, একটি করাত ব্লেড (1 মিমি পুরু) ব্যবহার করুন কৃত্রিমভাবে দ্বিতীয় গর্ত এবং চতুর্থ গর্তের মধ্যে একটি ফাটল তৈরি করুন।অপারেশন শেষে, ক্ষতটি স্যালাইন দিয়ে ধুয়ে সেলাই দিয়ে বন্ধ করা হয়।প্রতিটি খরগোশকে এনরোফ্লক্সাসিন (5 মিলিগ্রাম/কেজি) এক-তৃতীয়াংশ স্যালাইনে মিশ্রিত করা হয়।হাড়ের অস্টিওটমি নিশ্চিত করতে সমস্ত প্রাণীর (0, 7, 14, 21, 28 এবং 42 দিন) ফিমারের পোস্টঅপারেটিভ এক্স-রে নেওয়া হয়েছিল।গভীর অ্যানেস্থেশিয়ার পরে, সমস্ত প্রাণীকে 28 এবং 42 দিনে শিরায় KCl (2 mmol/kg) দ্বারা হত্যা করা হয়েছিল।মৃত্যুদন্ড কার্যকর করার পরে, হাড়ের নিরাময় প্রক্রিয়া এবং চারটি গ্রুপের মধ্যে নতুন হাড় গঠন পর্যবেক্ষণ ও তুলনা করার জন্য ফিমারটি মাইক্রো-সিটি দ্বারা স্ক্যান করা হয়েছিল।
মৃত্যুদন্ড কার্যকর করার পরে, অর্থোপেডিক ইমপ্লান্টের সাথে সরাসরি যোগাযোগে থাকা নরম টিস্যুগুলি সংগ্রহ করা হয়েছিল।টিস্যুটি রাতারাতি 10% নিরপেক্ষ বাফারযুক্ত ফরমালিনের মধ্যে স্থির করা হয়েছিল এবং তারপরে EtOH তে ডিহাইড্রেট করা হয়েছিল।ডিহাইড্রেটেড টিস্যু প্যারাফিনে এম্বেড করা হয়েছিল এবং একটি মাইক্রোটোম (400CS; EXAKT, জার্মানি) ব্যবহার করে 40 μm পুরুত্বে বিভাগ করা হয়েছিল।সংক্রমণটি কল্পনা করার জন্য, এইচএন্ডই স্টেনিং এবং এমটি স্টেনিং করা হয়েছিল।হোস্টের প্রতিক্রিয়া পরীক্ষা করার জন্য, খরগোশের অ্যান্টি-টিএনএফ-α প্রাথমিক অ্যান্টিবডি (AB6671, Abcam, USA) এবং খরগোশের অ্যান্টি-IL-6 (AB6672; Abcam, USA) দিয়ে সেকশনযুক্ত টিস্যুকে ইনকিউব করা হয়েছিল এবং তারপরে হর্সরাডিশ দিয়ে চিকিত্সা করা হয়েছিল।অক্সিডেস।প্রস্তুতকারকের নির্দেশ অনুসারে বিভাগগুলিতে অ্যাভিডিন-বায়োটিন কমপ্লেক্স (এবিসি) স্টেনিং সিস্টেম প্রয়োগ করুন।একটি বাদামী প্রতিক্রিয়া পণ্য হিসাবে প্রদর্শিত করার জন্য, 3,3-ডায়ামিনোবেনজিডিন সমস্ত অংশে ব্যবহৃত হয়েছিল।একটি ডিজিটাল স্লাইড স্ক্যানার (প্যানোরামিক 250 ফ্ল্যাশ III, 3DHISTECH, হাঙ্গেরি) সমস্ত স্লাইস কল্পনা করতে ব্যবহার করা হয়েছিল এবং প্রতিটি গ্রুপের অন্তত চারটি সাবস্ট্রেট ইমেজজে সফ্টওয়্যার দ্বারা বিশ্লেষণ করা হয়েছিল।
অস্ত্রোপচারের পরে এবং প্রতি সপ্তাহে ফ্র্যাকচার নিরাময়ের জন্য সমস্ত প্রাণীর এক্স-রে ছবি তোলা হয়েছিল (এন = 6 প্রতি গ্রুপ)।মৃত্যুদন্ড কার্যকর করার পরে, নিরাময়ের পরে ফিমারের চারপাশে কলাস গঠনের গণনা করতে উচ্চ-রেজোলিউশন মাইক্রো-সিটি ব্যবহার করা হয়েছিল।প্রাপ্ত ফিমার পরিষ্কার করা হয়েছিল, 4% প্যারাফর্মালডিহাইডে 3 দিনের জন্য স্থির করা হয়েছিল এবং 75% ইথানলে ডিহাইড্রেট করা হয়েছিল।হাড়ের নমুনার 3D ভক্সেল চিত্র (2240×2240 পিক্সেল) তৈরি করতে মাইক্রো-CT (SkyScan 1173, Brooke Micro-CT, Kandy, Belgium) ব্যবহার করে ডিহাইড্রেটেড হাড়গুলি স্ক্যান করা হয়েছিল।সিগন্যালের শব্দ কমাতে 1.0 মিমি আল ফিল্টার ব্যবহার করুন এবং সমস্ত স্ক্যানে উচ্চ রেজোলিউশন প্রয়োগ করুন (E = 133 kVp, I = 60 μA, ইন্টিগ্রেশন সময় = 500 ms)।Nrecon সফ্টওয়্যার (সংস্করণ 1.6.9.8, Bruker microCT, Kontich, Belgium) অর্জিত 2D পার্শ্বীয় অভিক্ষেপ থেকে স্ক্যান করা নমুনার একটি 3D ভলিউম তৈরি করতে ব্যবহৃত হয়েছিল।বিশ্লেষণের জন্য, 3D পুনর্গঠিত চিত্রটিকে ফ্র্যাকচার সাইট অনুযায়ী 10mm×10mm×10mm কিউবে ভাগ করা হয়েছে।কর্টিকাল হাড়ের বাইরে কলাস গণনা করুন।ডেটাভিউয়ার (সংস্করণ 1.5.1.2; ব্রুকার মাইক্রোসিটি, কন্টিচ, বেলজিয়াম) সফ্টওয়্যারটি স্ক্যান করা হাড়ের ভলিউম ডিজিটালভাবে পুনঃনির্দেশ করতে ব্যবহৃত হয়েছিল এবং বিশ্লেষণের জন্য সিটি-বিশ্লেষক (সংস্করণ 1.14.4.1; ব্রুকার মাইক্রোসিটি, কন্টিচ, বেলজিয়াম) সফ্টওয়্যার ব্যবহার করা হয়েছিল।পরিপক্ক হাড় এবং কলাসের আপেক্ষিক এক্স-রে শোষণ সহগগুলি তাদের ঘনত্ব দ্বারা আলাদা করা হয় এবং তারপরে কলাসের আয়তন পরিমাপ করা হয় (n = 4)।LOIS-এর বায়োকম্প্যাটিবিলিটি হাড়ের নিরাময় প্রক্রিয়াকে বিলম্বিত করে না তা নিশ্চিত করার জন্য, দুটি খরগোশের অতিরিক্ত এক্স-রে এবং মাইক্রো-সিটি বিশ্লেষণ করা হয়েছিল: নগ্ন-নেতিবাচক এবং LOIS গ্রুপ।6 তম সপ্তাহে উভয় গ্রুপের মৃত্যুদণ্ড কার্যকর করা হয়েছিল।
কোরবানি করা পশু থেকে ফিমার সংগ্রহ করে 4% প্যারাফর্মালডিহাইডে 3 দিনের জন্য স্থির করা হয়েছিল।অর্থোপেডিক ইমপ্লান্ট তারপর সাবধানে ফিমার থেকে সরানো হয়।0.5 M EDTA (EC-900, National Diagnostics Corporation) ব্যবহার করে 21 দিনের জন্য ফিমার ডিক্যালসিফাইড করা হয়েছিল।তারপর decalcified ফিমার EtOH এর মধ্যে নিমজ্জিত করা হয়েছিল যাতে এটি পানিশূন্য হয়।ডিহাইড্রেটেড ফিমার জাইলিনের মধ্যে সরানো হয়েছিল এবং প্যারাফিনে এম্বেড করা হয়েছিল।তারপরে নমুনাটি 3 μm পুরুত্ব সহ একটি স্বয়ংক্রিয় রোটারি মাইক্রোটোম (Leica RM2255, Leica Biosystems, Germany) দিয়ে কাটা হয়েছিল।ট্র্যাপ স্টেনিংয়ের জন্য (F6760, সিগমা-অলড্রিচ, জার্মানি), বিভাগযুক্ত নমুনাগুলিকে 1 ঘন্টার জন্য 37 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেডে ট্র্যাপ রিএজেন্টে ডিপারাফিনাইজড, রিহাইড্রেট এবং ইনকিউব করা হয়েছিল।চিত্রগুলি একটি স্লাইড স্ক্যানার (প্যানোরামিক 250 ফ্ল্যাশ III, 3DHISTECH, হাঙ্গেরি) ব্যবহার করে অর্জিত হয়েছিল এবং দাগযুক্ত এলাকার এলাকা কভারেজ পরিমাপ করে পরিমাপ করা হয়েছিল।প্রতিটি পরীক্ষায়, প্রতিটি গ্রুপের কমপক্ষে চারটি সাবস্ট্রেট ইমেজজে সফ্টওয়্যার দ্বারা বিশ্লেষণ করা হয়েছিল।
গ্রাফপ্যাড প্রিজম (গ্রাফপ্যাড সফটওয়্যার ইনক।, ইউএসএ) ব্যবহার করে পরিসংখ্যানগত তাত্পর্য বিশ্লেষণ করা হয়েছিল।মূল্যায়ন গোষ্ঠীর মধ্যে পার্থক্য পরীক্ষা করার জন্য আনপেয়ারড টি-টেস্ট এবং ভ্যারিয়েন্সের একমুখী বিশ্লেষণ (ANOVA) ব্যবহার করা হয়েছিল।তাত্পর্যের স্তরটি চিত্রটিতে নিম্নরূপ নির্দেশিত হয়েছে: *P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001 এবং ****P<0.0001;NS, কোন উল্লেখযোগ্য পার্থক্য নেই।
এই নিবন্ধের সম্পূরক উপকরণের জন্য, অনুগ্রহ করে দেখুন http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/44/eabb0025/DC1
এটি ক্রিয়েটিভ কমন্স অ্যাট্রিবিউশন-নন-কমার্শিয়াল লাইসেন্সের শর্তাবলীর অধীনে বিতরণ করা একটি উন্মুক্ত অ্যাক্সেস নিবন্ধ, যা যে কোনও মাধ্যমের ব্যবহার, বিতরণ এবং পুনরুত্পাদনের অনুমতি দেয়, যতক্ষণ না ব্যবহারটি বাণিজ্যিক লাভের জন্য না হয় এবং ভিত্তি হল মূল কাজ সঠিক।রেফারেন্স।
দ্রষ্টব্য: আমরা আপনাকে শুধুমাত্র একটি ইমেল ঠিকানা প্রদান করতে বলি যাতে আপনি যে ব্যক্তিকে পৃষ্ঠায় সুপারিশ করেন তা জানতে পারে যে আপনি চান যে তারা ইমেলটি দেখুক এবং ইমেলটি স্প্যাম নয়।আমরা কোনো ইমেল ঠিকানা ক্যাপচার করব না.
আপনি একজন মানব দর্শক কিনা তা পরীক্ষা করতে এবং স্বয়ংক্রিয় স্প্যাম জমা প্রতিরোধ করতে এই প্রশ্নটি ব্যবহার করা হয়।
চো কিউং মিন, ওহ ইয়ং জ্যাং, পার্ক জুন জুন, লি জিন হিউক, কিম হিউন চিওল, লি কিউং মুন, লি চ্যাং কিউ, লি ইয়েন তাইক, লি সান-উক, জিওং মরুই
অর্থোপেডিক ইমপ্লান্টের অ্যান্টিব্যাকটেরিয়াল এবং ইমিউন এস্কেপ আবরণ সংক্রমণের কারণে সৃষ্ট সংক্রমণ এবং প্রতিরোধ ক্ষমতা কমাতে পারে।
চো কিউং মিন, ওহ ইয়ং জ্যাং, পার্ক জুন জুন, লি জিন হিউক, কিম হিউন চিওল, লি কিউং মুন, লি চ্যাং কিউ, লি ইয়েন তাইক, লি সান-উক, জিওং মরুই
অর্থোপেডিক ইমপ্লান্টের অ্যান্টিব্যাকটেরিয়াল এবং ইমিউন এস্কেপ আবরণ সংক্রমণের কারণে সৃষ্ট সংক্রমণ এবং প্রতিরোধ ক্ষমতা কমাতে পারে।
©2021 আমেরিকান অ্যাসোসিয়েশন ফর দ্য অ্যাডভান্সমেন্ট অফ সায়েন্স।সমস্ত অধিকার সংরক্ষিত.AAAS HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef এবং COUNTER এর অংশীদার।Science Advances ISSN 2375-2548.