Alang sa mga pasyente nga gipailalom sa operasyon sa orthopedic implant, ang mga impeksyon sa bakterya ug mga tubag sa immune nga gipahinabo sa impeksyon kanunay nga peligro nga naghulga sa kinabuhi.Ang naandan nga biological nga mga materyales dali nga maapektuhan sa biological nga kontaminasyon, nga hinungdan nga ang bakterya mosulong sa nasamdan nga lugar ug hinungdan sa impeksyon sa postoperative.Busa, adunay dinalian nga panginahanglan sa pagpalambo sa anti-infection ug immune escape coatings alang sa orthopedic implants.Dinhi, nakahimo kami og advanced surface modification technology alang sa orthopedic implants nga gitawag og Lubricated Orthopedic Implant Surface (LOIS), nga giinspirar sa hamis nga nawong sa pitcher plant pitchers.Ang LOIS adunay malungtaron ug kusgan nga pagsukol sa likido sa lainlaing mga likido ug biolohikal nga sangkap (lakip ang mga selyula, protina, calcium ug bakterya).Dugang pa, among gipamatud-an ang mekanikal nga kalig-on batok sa mga garas ug pag-ayo nga pwersa pinaagi sa pagsundog sa dili kalikayan nga kadaot sa panahon sa in vitro nga operasyon.Ang rabbit bone marrow inflammatory femoral fracture model gigamit aron tun-an pag-ayo ang anti-biological scaling ug anti-infection nga abilidad sa LOIS.Among gilantaw nga ang LOIS, nga adunay anti-biofouling nga mga kabtangan ug mekanikal nga kalig-on, usa ka lakang sa unahan sa walay impeksyon nga orthopedic nga operasyon.
Karon, tungod sa kinatibuk-ang pagkatigulang, ang gidaghanon sa mga pasyente nga nag-antos sa mga sakit nga orthopedic (sama sa mga tigulang nga bali, degenerative joint nga mga sakit, ug osteoporosis) miuswag pag-ayo (1, 2).Busa, ang mga institusyong medikal naghatag og dakong importansya sa orthopedic surgery, lakip na ang orthopedic implants sa screws, plates, lansang ug artipisyal nga mga lutahan (3, 4).Bisan pa, ang tradisyonal nga orthopedic implants gikataho nga delikado sa bacterial adhesion ug biofilm formation, nga mahimong hinungdan sa surgical site infection (SSI) human sa operasyon (5, 6).Sa diha nga ang biofilm maporma sa ibabaw sa orthopedic implant, ang pagtangtang sa biofilm mahimong hilabihan ka lisud bisan sa paggamit sa dagkong dosis sa antibiotics.Busa, kasagaran kini modala ngadto sa grabe nga postoperative impeksyon (7, 8).Tungod sa mga problema sa ibabaw, ang pagtambal sa mga nataptan nga implant kinahanglan nga maglakip sa pag-opera, lakip ang pagtangtang sa tanan nga mga implant ug mga tisyu sa palibot;busa, ang pasyente mag-antos sa grabe nga kasakit ug pipila ka mga risgo (9, 10).
Aron masulbad ang pipila niini nga mga problema, ang drug-eluting orthopedic implants naugmad aron mapugngan ang impeksyon pinaagi sa pagwagtang sa bakterya nga gilakip sa ibabaw (11, 12).Bisan pa, ang estratehiya nagpakita gihapon daghang mga limitasyon.Gi-report nga ang dugay nga pag-implant sa mga implant nga nag-eluting sa droga nagpahinabog kadaot sa mga tisyu sa palibot ug hinungdan sa panghubag, nga mahimong mosangpot sa nekrosis (13, 14).Dugang pa, ang mga organikong solvent nga mahimong anaa human sa proseso sa paghimo sa drug-eluting orthopedic implants, nga hugot nga gidili sa US Food and Drug Administration, nagkinahanglan og dugang nga mga lakang sa pagputli aron makab-ot ang mga sumbanan niini (15).Ang mga drug-eluting implants mahagiton alang sa kontrolado nga pagpagawas sa mga droga, ug tungod sa ilang limitado nga pagkarga sa droga, ang dugay nga paggamit sa tambal dili mahimo (16).
Ang laing komon nga estratehiya mao ang pagsul-ob sa implant sa usa ka antifouling polymer aron mapugngan ang biological nga butang ug bakterya gikan sa pagsunod sa ibabaw (17).Pananglitan, ang zwitterionic polymers nakadani sa atensyon tungod sa ilang dili patapot nga mga kabtangan kung nakontak sa mga protina sa plasma, mga selula, ug bakterya.Bisan pa, kini adunay pipila ka mga limitasyon nga may kalabutan sa dugay nga kalig-on ug mekanikal nga kalig-on, nga nakababag sa praktikal nga paggamit niini sa orthopedic implants, ilabi na tungod sa mekanikal nga pag-scrape atol sa mga pamaagi sa pag-opera (18, 19).Dugang pa, tungod sa taas nga biocompatibility niini, kakulang sa panginahanglan alang sa operasyon sa pagtangtang, ug mga kabtangan sa paglimpyo sa ibabaw pinaagi sa corrosion, gigamit ang mga orthopedic implants nga hinimo sa biodegradable nga mga materyales (20, 21).Atol sa kaagnasan, ang kemikal nga mga gapos tali sa polymer matrix nabungkag ug nahimulag gikan sa ibabaw, ug ang mga sumusunod naglimpyo sa ibabaw.Bisan pa, ang anti-biological fouling pinaagi sa paglimpyo sa nawong epektibo sa mubo nga panahon.Dugang pa, kadaghanan sa masuhop nga mga materyales lakip ang poly(lactic acid-glycolic acid copolymer) (PLGA), polylactic acid (PLA) ug magnesium-based nga mga haluang moagi sa dili patas nga biodegradation ug erosion sa lawas, nga negatibong makaapekto sa mekanikal nga kalig-on.(baynte-dos).Dugang pa, ang biodegradable nga mga tipik sa plato naghatag og usa ka dapit alang sa bakterya nga maglakip, nga nagdugang sa kahigayonan sa impeksyon sa kadugayan.Kini nga risgo sa mekanikal nga pagkadaot ug impeksyon naglimite sa praktikal nga paggamit sa plastic surgery (23).
Ang superhydrophobic (SHP) nga mga ibabaw nga nagsundog sa hierarchical nga istruktura sa mga dahon sa lotus nahimong potensyal nga solusyon alang sa anti-fouling surfaces (24, 25).Kung ang nawong sa SHP naunlod sa likido, ang mga bula sa hangin ma-trap, sa ingon magporma og mga bulsa sa hangin ug mapugngan ang pagdikit sa bakterya (26).Bisan pa, ang bag-ong mga pagtuon nagpakita nga ang nawong sa SHP adunay mga disbentaha nga may kalabutan sa mekanikal nga kalig-on ug dugay nga kalig-on, nga nakababag sa paggamit niini sa mga medikal nga implant.Dugang pa, ang mga bulsa sa hangin matunaw ug mawad-an sa ilang mga anti-fouling properties, sa ingon moresulta sa mas lapad nga bacterial adhesion tungod sa dako nga surface area sa SHP surface (27, 28).Bag-ohay lang, gipaila ni Aizenberg ug mga kaubanan ang usa ka bag-ong pamaagi sa anti-biofouling surface coating pinaagi sa pagpalambo sa usa ka hamis nga nawong nga giinspirar sa Nepenthes pitcher plant (29, 30).Ang hamis nga nawong nagpakita sa dugay nga kalig-on ubos sa hydraulic nga mga kondisyon, hilabihan ka likido nga repellent sa biological nga mga likido, ug adunay mga kabtangan sa pag-ayo sa kaugalingon.Bisan pa, wala’y paagi aron magamit ang usa ka coating sa usa ka komplikado nga porma nga medikal nga implant, ni kini napamatud-an nga nagsuporta sa proseso sa pagkaayo sa nadaot nga tisyu pagkahuman sa implantasyon.
Dinhi, gipaila namo ang usa ka lubricated orthopedic implant surface (LOIS), usa ka micro / nano-structured orthopedic implant surface ug hugot nga gihiusa sa usa ka nipis nga lubricant layer aron mapugngan kini nga mahilambigit sa plastic surgery Mga impeksyon sa bakterya, sama sa fracture fixation.Tungod kay ang fluorine-functionalized micro / nano-level nga istruktura lig-on nga nag-ayo sa lubricant sa istruktura, ang naugmad nga LOIS hingpit nga makapugong sa pagdakup sa lainlaing mga likido ug magpadayon sa anti-fouling nga pasundayag sa dugay nga panahon.Ang LOIS coatings mahimong magamit sa mga materyales nga lainlain ang porma nga gituyo alang sa bone synthesis.Ang maayo kaayo nga anti-biofouling nga mga kabtangan sa LOIS batok sa biofilm nga bakterya [Pseudomonas aeruginosa ug methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA)] ug biological nga mga substansiya (mga selula, protina ug calcium) napamatud-an sa vitro.Ang adhesion rate sa halapad nga pagpilit sa substrate mao ang ubos pa kay sa 1%.Dugang pa, bisan pagkahuman sa mekanikal nga kapit-os sama sa pagkalot sa nawong mahitabo, ang pag-ayo sa kaugalingon nga gipahinabo sa pagsulod sa lubricant makatabang sa pagpadayon sa mga anti-fouling nga kabtangan niini.Ang mga resulta sa pagsulay sa kalig-on sa mekanikal nagpakita nga bisan pagkahuman sa pagbag-o sa istruktura ug kemikal, ang kinatibuk-ang kusog dili maminusan.Dugang pa, ang usa ka in vitro nga eksperimento nga nagsundog sa mekanikal nga stress sa surgical environment gihimo aron pamatud-an nga ang LOIS makasugakod sa nagkalain-laing mekanikal nga stress nga mahitabo sa panahon sa plastic surgery.Sa kataposan, migamit kami ug rabbit-based in vivo femoral fracture model, nga nagpamatuod nga ang LOIS adunay labaw nga antibacterial properties ug biocompatibility.Ang mga resulta sa radiological ug histological nagpamatuod nga ang stable nga lubricant behavior ug anti-biofouling properties sulod sa 4 ka semana human sa implantation makab-ot ang epektibong anti-infection ug immune escape performance nga walay paglangan sa proseso sa pag-ayo sa bukog.
Ang Figure 1A nagpakita sa usa ka schematic diagram sa naugmad nga LOIS, nga gitamnan sa micro/nano-scale nga mga istruktura sa rabbit femoral fracture model aron pagkumpirma sa maayo kaayo nga anti-biological fouling ug anti-infection nga mga kabtangan.Usa ka biomimetic nga pamaagi ang gihimo aron masundog ang nawong sa usa ka tanum nga kolon sa tubig, ug aron mapugngan ang biofouling pinaagi sa paglakip sa usa ka lubricant layer sa sulod sa micro/nano nga istruktura sa nawong.Ang nawong nga giindyeksyon sa lubricant makapamenos sa kontak tali sa biological nga mga butang ug sa nawong.Busa, tungod sa pagporma sa lig-on nga kemikal nga bugkos sa ibabaw, kini adunay maayo kaayo nga antifouling performance ug long-term kalig-on.Ingon usa ka sangputanan, ang mga anti-biofouling nga kabtangan sa lubricating nga nawong nagtugot sa lainlaing mga praktikal nga aplikasyon sa panukiduki sa biomedical.Bisan pa, ang daghang panukiduki kung giunsa kini nga espesyal nga nawong nakig-uban sa lawas wala pa nahuman.Pinaagi sa pagtandi sa LOIS sa hubo nga mga substrate sa vitro gamit ang albumin ug biofilm nga bakterya, ang non-adhesiveness sa LOIS mahimong makumpirma (Figure 1B).Dugang pa, pinaagi sa pagpaligid sa mga tinulo sa tubig sa hilig nga hubo nga substrate ug sa LOIS substrate (Figure S1 ug Movie S1), ang performance sa biological contamination mahimong mapakita.Ingon sa gipakita sa fluorescence mikroskopyo larawan, ang gibutyag substrate incubated sa usa ka suspension sa protina ug bakterya nagpakita sa usa ka dako nga kantidad sa biological nga materyal nga nagsunod sa nawong.Bisan pa, tungod sa maayo kaayo nga anti-biofouling nga mga kabtangan, ang LOIS halos dili magpakita sa bisan unsang fluorescence.Aron mapamatud-an ang iyang anti-biofouling ug anti-infection nga mga kabtangan, ang LOIS gipadapat sa ibabaw sa orthopedic implants alang sa bone synthesis (mga plato ug screw) ug gibutang sa usa ka rabbit fracture model.Sa wala pa implantation, ang hubo nga orthopedic implant ug LOIS gilumlom sa usa ka bacterial suspension sulod sa 12 ka oras.Ang pre-incubation nagsiguro nga ang usa ka biofilm naporma sa ibabaw sa gibutyag nga implant alang sa pagtandi.Ang Figure 1C nagpakita sa litrato sa fracture site 4 ka semana human sa implantation.Sa wala, usa ka koneho nga adunay usa ka hubo nga orthopedic implant nagpakita sa usa ka grabe nga lebel sa panghubag tungod sa pagporma sa usa ka biofilm sa ibabaw sa implant.Ang kaatbang nga resulta naobserbahan sa mga koneho nga gitamnan sa LOIS, nga mao, ang naglibot nga mga tisyu sa LOIS wala magpakita mga timailhan sa impeksyon o mga timailhan sa panghubag.Dugang pa, ang optical nga imahe sa wala nagpakita sa surgical site sa koneho nga adunay gibutyag nga implant, nga nagpakita nga walay daghang mga adhesive nga anaa sa ibabaw sa gibutyag nga implant nga nakit-an sa ibabaw sa LOIS.Kini nagpakita nga ang LOIS adunay dugay nga kalig-on ug adunay katakus sa pagpadayon sa iyang anti-biological fouling ug anti-adhesion nga mga kabtangan.
(A) Schematic diagram sa LOIS ug ang implantation niini sa usa ka rabbit femoral fracture model.(B) Fluorescence microscopy nga hulagway sa protina ug bacterial biofilm sa hubo nga nawong ug LOIS substrate.4 ka semana human sa implantation, (C) usa ka photographic nga hulagway sa fracture site ug (D) usa ka X-ray nga hulagway (gi-highlight sa pula nga rectangle).Hulagway sa maayong kabubut-on: Kyomin Chae, Yonsei University.
Ang sterilized, exposed nga negatibo nga gitanum nga mga koneho nagpakita sa usa ka normal nga proseso sa pag-ayo sa bukog nga walay bisan unsang mga timailhan sa panghubag o impeksyon.Sa laing bahin, ang SHP implants nga pre-incubated sa usa ka bacterial suspension nagpakita sa impeksyon nga may kalabutan sa panghubag sa palibot nga mga tisyu.Mahimo kining ipasangil sa kawalay katakus niini sa pagpugong sa bacterial adhesion sa dugay nga panahon (Figure S2).Aron mapamatud-an nga ang LOIS dili makaapekto sa proseso sa pag-ayo, apan makapugong sa posible nga mga impeksyon nga may kalabutan sa implantation, ang X-ray nga mga hulagway sa gibutyag nga positibo nga matrix ug LOIS sa fracture site gitandi (Figure 1D).Ang X-ray nga imahe sa hubo nga positibo nga implant nagpakita sa padayon nga mga linya sa osteolysis, nga nagpakita nga ang bukog wala pa hingpit nga naayo.Kini nagsugyot nga ang proseso sa pagbawi sa bukog mahimong malangan pag-ayo tungod sa panghubag nga may kalabotan sa impeksyon.Sa kasukwahi, kini nagpakita nga ang mga koneho nga gitanom sa LOIS naayo ug wala magpakita sa bisan unsang dayag nga fracture site.
Aron mapalambo ang mga medikal nga implant nga adunay dugay nga kalig-on ug gamit (lakip ang pagbatok sa biofouling), daghang mga paningkamot ang nahimo.Bisan pa, ang presensya sa lainlaing mga biolohikal nga sangkap ug ang dinamika sa pagdikit sa tisyu naglimite sa pag-uswag sa ilang kasaligan nga mga pamaagi sa klinika.Aron mabuntog kini nga mga kakulangan, naghimo kami usa ka micro/nano layered structure ug chemically modified surface, nga na-optimize tungod sa taas nga capillary force ug chemical affinity aron mapadayon ang labing hapsay nga lubricant sa labing kadako.Ang Figure 2A nagpakita sa kinatibuk-ang proseso sa paggama sa LOIS.Una, pag-andam og usa ka medikal nga grado nga stainless steel (SS) 304 substrate.Ikaduha, ang micro/nano nga istruktura naporma sa SS substrate pinaagi sa kemikal nga pag-ukit gamit ang hydrofluoric acid (HF) nga solusyon.Aron mapasig-uli ang resistensya sa kaagnasan sa SS, usa ka solusyon sa nitric acid (HNO3) (31) ang gigamit sa pagproseso sa gikulit nga substrate.Ang passivation makapausbaw sa corrosion resistance sa SS substrate ug makapahinay sa proseso sa corrosion nga makapakunhod sa kinatibuk-ang performance sa LOIS.Dayon, pinaagi sa pagporma sa usa ka self-assembled monolayer (SAM) nga adunay 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyltriethoxysilane (POTS), ang nawong kay kemikal nga giusab aron mapalambo ang kemikal nga interaksyon tali sa nawong ug sa hapsay nga lubricant Affinity.Ang pagbag-o sa nawong makahuluganon nga nagpamenos sa enerhiya sa nawong sa hinimo nga micro/nano-scale structured surface, nga mohaum sa enerhiya sa nawong sa hapsay nga lubricant.Kini nagtugot sa lubricant nga bug-os nga mabasa, sa ingon mahimong usa ka lig-on nga lubricant layer sa ibabaw.Ang giusab nga nawong nagpakita sa gipalambo nga hydrophobicity.Ang mga resulta nagpakita nga ang madulas nga lubricant nagpakita sa lig-on nga kinaiya sa LOIS tungod sa taas nga kemikal nga affinity ug capillary force nga gipahinabo sa micro / nano nga istruktura (32, 33).Ang mga pagbag-o sa optical sa nawong sa SS pagkahuman sa pagbag-o sa nawong ug pag-inject sa lubricant gitun-an.Ang micro/nano layered nga istruktura nga naporma sa ibabaw mahimong hinungdan sa mga pagbag-o sa panan-aw ug pagngitngit sa nawong.Kini nga panghitabo gipahinungod sa gipaayo nga epekto sa pagsabwag sa kahayag sa bagis nga nawong, nga nagdugang sa nagkatibulaag nga pagpamalandong tungod sa mekanismo sa light trapping (34).Dugang pa, human ma-inject ang lubricant, mongitngit ang LOIS.Ang lubricating layer hinungdan sa gamay nga kahayag nga makita gikan sa substrate, sa ingon mongitngit ang LOIS.Aron ma-optimize ang microstructure/nanostructure aron ipakita ang pinakagamay nga sliding angle (SA) aron makab-ot ang anti-biofouling performance, ang scanning electron microscopy (SEM) ug atomic pairs gigamit sa paghimo sa lain-laing HF etching times (0, 3)., 15 ug 60 minutos) Force Microscope (AFM) (Figure 2B).Ang SEM ug AFM nga mga hulagway nagpakita nga human sa hamubo nga panahon sa pag-etching (3 minutos nga pag-etching), ang hubo nga substrate nakaporma og dili patas nga nano-scale roughness.Ang kabangis sa nawong mausab sa panahon sa pag-ukit (Figure S3).Ang time-varying curve nagpakita nga ang surface roughness nagpadayon sa pag-usbaw ug moabot sa peak sa 15 minutos nga pag-etching, ug unya gamay ra nga pagkunhod sa roughness value ang makita sa 30 minutos nga etching.Niini nga punto, ang nano-level roughness gikulit, samtang ang micro-level roughness kusog nga nag-uswag, nga naghimo sa pagkabag-o nga pagbag-o nga mas lig-on.Human sa pag-ukit sulod sa kapin sa 30 ka minuto, ang dugang nga pagtaas sa kabangis naobserbahan, nga gisaysay sa detalye sama sa mosunod: Ang SS gilangkuban sa asero, nga gisagol sa mga elemento lakip ang puthaw, chromium, nickel, molybdenum ug daghan pang ubang mga elemento.Taliwala niini nga mga elemento, ang puthaw, chromium ug molybdenum adunay importante nga papel sa pagporma sa micron/nano-scale roughness sa SS pinaagi sa HF etching.Sa una nga mga yugto sa kaagnasan, ang puthaw ug chromium kasagarang nadaot tungod kay ang molybdenum adunay mas taas nga resistensya sa corrosion kaysa molybdenum.Samtang nag-uswag ang pag-ukit, ang solusyon sa pag-ukit nakaabot sa lokal nga sobrang saturation, nga nagporma og mga fluoride ug mga oksido tungod sa pag-ukit.Ang fluoride ug oxide mo-precipitate ug sa kadugayan mag-redeposit sa ibabaw, nga magporma og kabangis sa nawong sa micron/nano range (31).Kining micro/nano-level roughness adunay importante nga papel sa self-healing properties sa LOIS.Ang doble nga sukod sa nawong nagpatunghag usa ka synergistic nga epekto, nga labi nga nagdugang sa kusog sa capillary.Kini nga panghitabo nagtugot sa lubricant nga motuhop sa nawong nga lig-on ug makatampo sa mga kabtangan sa pag-ayo sa kaugalingon (35).Ang pagporma sa kabangis nagdepende sa oras sa pag-ukit.Ubos sa 10 ka minuto nga pag-etching, ang sulud adunay sulud nga nano-scale nga kabangis, nga dili igo nga magkupot sa igo nga lubricant aron adunay resistensya sa biofouling (36).Sa laing bahin, kung ang oras sa etching molapas sa 30 minuto, ang nano-scale roughness nga naporma sa redeposition sa iron ug chromium mawala, ug ang micro-scale roughness ra ang magpabilin tungod sa molybdenum.Ang over-etched surface kulang sa nano-scale roughness ug nawad-an sa synergistic nga epekto sa duha ka yugto nga kabangis, nga negatibong makaapekto sa self-healing nga mga kinaiya sa LOIS.Ang mga pagsukod sa SA gihimo sa mga substrate nga adunay lainlaing mga oras sa pag-ukit aron pamatud-an ang pasundayag nga anti-fouling.Nagkalain-laing matang sa mga likido ang gipili base sa viscosity ug surface energy, lakip ang deionized (DI) nga tubig, dugo, ethylene glycol (EG), ethanol (EtOH) ug hexadecane (HD) (Figure S4).Ang time-varying etching pattern nagpakita nga para sa lain-laing likido nga lainlain ang surface energies ug viscosities, ang SA sa LOIS human sa 15 minutos nga etching mao ang pinakaubos.Busa, ang LOIS gi-optimize sa pag-etch sulod sa 15 minutos aron maporma ang micron ug nano-scale roughness, nga haom sa epektibong pagmintinar sa durability sa lubricant ug maayo kaayong anti-fouling properties.
(A) Schematic diagram sa upat ka lakang nga proseso sa paggama sa LOIS.Ang inset nagpakita sa SAM nga naporma sa substrate.(B) SEM ug AFM nga mga imahe, gigamit aron ma-optimize ang micro / nano nga istruktura sa substrate sa ilawom sa lainlaing mga oras sa pag-ukit.X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) spectra sa (C) Cr2p ug (D) F1s human sa surface passivation ug SAM coating.au, arbitraryong yunit.(E) Representante nga mga hulagway sa mga tinulo sa tubig sa hubo, etched, SHP ug LOIS substrates.(F) Ang anggulo sa pagkontak (CA) ug SA pagsukod sa mga likido nga adunay lainlaing mga tensiyon sa nawong sa SHP ug LOIS.Ang datos gipahayag isip mean ± SD.
Dayon, aron makumpirma ang pagbag-o sa kemikal nga mga kabtangan sa nawong, gigamit ang X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) aron tun-an ang pagbag-o sa kemikal nga komposisyon sa nawong sa substrate pagkahuman sa matag coating sa nawong.Gipakita sa Figure 2C ang mga resulta sa pagsukod sa XPS sa HF etched surface ug ang HNO 3 treated surface.Ang duha ka nag-unang mga taluktok sa 587.3 ug 577.7 eV mahimong ikapasangil sa Cr-O bond nga anaa sa chromium oxide layer, nga mao ang nag-unang kalainan gikan sa HF etched surface.Kini nag-una tungod sa pagkonsumo sa puthaw ug chromium fluoride sa ibabaw sa HNO3.Ang HNO3-based etching nagtugot sa chromium sa pagporma sa usa ka passivating oxide layer sa ibabaw, nga naghimo sa etched SS pag-usab nga makasugakod sa corrosion.Sa Figure 2D, nakuha ang XPS spectra aron kumpirmahon nga ang silane nga nakabase sa fluorocarbon naporma sa ibabaw pagkahuman sa SAM coating, nga adunay labi ka taas nga liquid repellency bisan alang sa EG, dugo ug EtOH.Ang SAM coating nahuman pinaagi sa pag-react sa silane functional nga mga grupo nga adunay hydroxyl nga mga grupo nga naporma pinaagi sa plasma treatment.Ingon usa ka sangputanan, usa ka hinungdanon nga pagtaas sa CF2 ug CF3 nga mga taluktok naobserbahan.Ang nagbugkos nga kusog tali sa 286 ug 296 eV nagpakita nga ang kemikal nga pagbag-o malampuson nga nahuman sa SAM coating.Ang SHP nagpakita sa medyo dako nga CF2 (290.1 ​​​​eV) ug CF3 (293.3 eV) nga mga taluktok, nga tungod sa fluorocarbon-based silane nga naporma sa ibabaw.Ang Figure 2E nagpakita sa representante nga optical nga mga hulagway sa mga pagsukod sa anggulo sa kontak (CA) alang sa lain-laing mga grupo sa deionized nga tubig sa kontak sa hubo, etched, SHP, ug LOIS.Kini nga mga hulagway nagpakita nga ang etched surface nahimong hydrophilic tungod sa micro/nano structure nga naporma pinaagi sa chemical etching aron ang deionized nga tubig masuhop sa structure.Apan, sa diha nga ang substrate adunay sapaw sa SAM, ang substrate nagpakita sa lig-on nga tubig repellency, mao nga ang usa ka nawong SHP naporma ug ang kontak dapit sa taliwala sa tubig ug sa nawong gamay.Sa katapusan, ang pagkunhod sa CA naobserbahan sa LOIS, nga mahimong ipahinungod sa pagsulod sa lubricant ngadto sa microstructure, sa ingon nagdugang ang contact area.Aron mapamatud-an nga ang nawong adunay maayo kaayo nga liquid repellency ug non-adhesive properties, ang LOIS gitandi sa SHP substrate pinaagi sa pagsukod sa CA ug SA gamit ang nagkalain-laing likido (Figure 2F).Ang nagkalainlaing matang sa mga likido gipili base sa viscosity ug surface energy, lakip na ang deionized nga tubig, dugo, EG, EtOH ug HD (Figure S4).Ang mga resulta sa pagsukod sa CA nagpakita nga kung ang CA nag-agad sa HD, ang pagkunhod sa bili sa CA, diin ang CA adunay pinakaubos nga enerhiya sa nawong.Dugang pa, ubos ang LOIS sa kinatibuk-ang CA.Bisan pa, ang pagsukod sa SA nagpakita sa usa ka hingpit nga lahi nga panghitabo.Gawas sa ionized nga tubig, ang tanan nga mga likido nagsunod sa SHP substrate nga dili mawala.Sa laing bahin, ang LOIS nagpakita sa usa ka ubos kaayo nga SA, diin sa diha nga ang tanan nga mga likido nga tilted sa usa ka anggulo nga ubos pa kay sa 10 ° ngadto sa 15 °, ang tanan nga mga likido moligid.Kini kusganong nagpakita nga ang dili pagkapilit sa LOIS mas maayo kaysa sa SHP nga nawong.Dugang pa, ang LOIS coatings gigamit usab sa nagkalain-laing matang sa mga materyales, lakip ang titanium (Ti), polyphenylsulfone (PPSU), polyoxymethylene (POM), polyether ether ketone (PEEK) ug bioabsorbable polymers (PLGA), Sila mga implantable orthopedic nga materyales (Figure). S5)).Ang sunud-sunod nga mga imahe sa mga tinulo sa materyal nga gitambalan sa LOIS nagpakita nga ang mga anti-biofouling nga kabtangan sa LOIS parehas sa tanan nga mga substrate.Dugang pa, ang mga resulta sa pagsukod sa CA ug SA nagpakita nga ang non-adhesive nga mga kabtangan sa LOIS mahimong magamit sa ubang mga materyales.
Aron mapamatud-an ang anti-fouling nga mga kabtangan sa LOIS, lain-laing mga matang sa substrates (lakip ang hubo, etched, SHP ug LOIS) gilumlom sa Pseudomonas aeruginosa ug MRSA.Kining duha ka bakterya gipili isip representante nga bakterya sa ospital, nga mahimong mosangpot sa pagporma sa mga biofilm, nga mosangpot sa SSI (37).Ang Figure 3 (A ug B) nagpakita sa fluorescence microscope nga mga hulagway ug ang colony forming unit (CFU) nga mga resulta sa pagsukod sa mga substrate nga gilumlum sa bacterial suspension alang sa mubo nga termino (12 ka oras) ug long-term (72 ka oras), matag usa.Sa hamubo nga panahon, ang bakterya maporma nga mga pungpong ug motubo sa gidak-on, nga magtabon sa ilang kaugalingon sa mga substansiya nga sama sa mucus ug magpugong sa pagtangtang niini.Bisan pa, sa 72-oras nga paglumlum, ang bakterya mohamtong ug mahimong dali nga magkatibulaag aron maporma ang daghang mga kolonya o pungpong.Busa, maisip nga ang 72-oras nga paglumlum dugay ug mao ang angay nga panahon sa paglumlum aron maporma ang usa ka lig-on nga biofilm sa ibabaw (38).Sa mubo nga panahon, ang etched surface ug ang nawong sa SHP nagpakita sa bacterial adhesion, nga mikunhod sa mga 25% ngadto sa 50% kon itandi sa hubo nga substrate.Bisan pa, tungod sa maayo kaayo nga anti-biofouling nga performance ug kalig-on, ang LOIS wala magpakita sa bacterial biofilm adhesion sa mubo ug taas nga termino.Ang schematic diagram (Figure 3C) naghulagway sa katin-awan sa anti-biological fouling nga mekanismo sa etching solution, SHP ug LOIS.Ang pangagpas mao nga ang etched substrate nga adunay hydrophilic nga mga kabtangan adunay mas dako nga lugar sa nawong kaysa sa hubo nga substrate.Busa, mas daghang bacterial adhesion ang mahitabo sa etched substrate.Bisan pa, kung itandi sa hubo nga substrate, ang etched substrate adunay labi ka gamay nga biofilm nga naporma sa ibabaw.Kini tungod kay ang mga molekula sa tubig lig-on nga nagbugkos sa hydrophilic nga nawong ug naglihok isip usa ka lubricant sa tubig, sa ingon makabalda sa pagdikit sa bakterya sa mubo nga termino (39).Bisan pa, ang layer sa mga molekula sa tubig nipis kaayo ug matunaw sa mga suspensyon sa bakterya.Busa, ang tubig molekular layer mawala sa usa ka hataas nga panahon, nga mosangpot ngadto sa halapad nga bacterial adhesion ug pagdaghan.Alang sa SHP, tungod sa mubo nga termino nga dili basa nga mga kabtangan, gipugngan ang pagdikit sa bakterya.Ang pagkunhod sa bacterial adhesion mahimong ikapasangil sa mga air pockets nga natanggong sa layered structure ug lower surface energy, sa ingon gipakunhod ang kontak tali sa bacterial suspension ug sa ibabaw.Apan, ang halapad nga bacterial adhesion naobserbahan sa SHP tungod kay nawala ang iyang anti-fouling properties sa dugay nga panahon.Nag-una kini tungod sa pagkawala sa mga bulsa sa hangin tungod sa presyur sa hydrostatic ug pagkatunaw sa hangin sa tubig.Kini nag-una tungod sa pagkawala sa mga bulsa sa hangin tungod sa pagkabungkag ug ang layered nga istruktura nga naghatag og mas dako nga lugar sa ibabaw alang sa adhesion (27, 40).Dili sama niining duha ka substrates nga adunay importante nga epekto sa dugay nga kalig-on, ang lubricating lubricant nga anaa sa LOIS gi-injected ngadto sa micro/nano structure ug dili mawala bisan sa taas nga termino.Ang mga lubricant nga napuno sa micro/nano nga mga istruktura lig-on kaayo ug kusgan nga nadani sa nawong tungod sa taas nga pagkadugtong sa kemikal, sa ingon mapugngan ang pagdikit sa bakterya sa dugay nga panahon.Ang Figure S6 nagpakita sa usa ka reflection confocal microscope nga hulagway sa usa ka lubricant-infused substrate nga gituslob sa phosphate buffered saline (PBS).Ang padayon nga mga hulagway nagpakita nga bisan human sa 120 ka oras nga gamay nga pag-uyog (120 rpm), ang lubricant layer sa LOIS nagpabilin nga wala mausab, nga nagpakita sa dugay nga kalig-on ubos sa mga kondisyon sa pag-agos.Kini tungod sa taas nga chemical affinity tali sa fluorine-based SAM coating ug sa perfluorocarbon-based lubricant, aron ang usa ka stable nga lubricant layer mahimong maporma.Busa, ang anti-fouling performance gipadayon.Dugang pa, ang substrate gisulayan batok sa representante nga mga protina (albumin ug fibrinogen), nga anaa sa plasma, mga selula nga suod nga nalangkit sa immune function (macrophages ug fibroblasts), ug kadtong may kalabutan sa pagporma sa bukog.Taas kaayo ang sulod sa calcium.(Figure 3D, 1 ug 2, ug Figure S7) (41, 42).Dugang pa, ang fluorescence microscope nga mga hulagway sa adhesion test alang sa fibrinogen, albumin ug calcium nagpakita sa lain-laing mga kinaiya sa adhesion sa matag substrate nga grupo (Figure S8).Atol sa pagporma sa bukog, ang bag-ong naporma nga bukog ug mga lut-od sa calcium mahimong maglibot sa orthopedic implant, nga dili lamang makapalisud sa pagtangtang, apan mahimo usab nga hinungdan sa wala damha nga kadaot sa pasyente sa panahon sa proseso sa pagtangtang.Busa, ang ubos nga lebel sa mga deposito sa calcium sa mga plato sa bukog ug mga tornilyo mapuslanon alang sa orthopedic nga operasyon nga nagkinahanglan sa pagtangtang sa implant.Base sa quantification sa gilakip nga lugar base sa fluorescence intensity ug sa cell count, among gipamatud-an nga ang LOIS nagpakitag maayo kaayong anti-biofouling properties para sa tanang biological substances kumpara sa ubang substrates.Sumala sa mga resulta sa in vitro nga mga eksperimento, ang anti-biological fouling LOIS mahimong magamit sa orthopedic implants, nga dili lamang makapugong sa mga impeksyon nga gipahinabo sa biofilm nga bakterya, apan makapakunhod usab sa panghubag tungod sa aktibo nga immune system sa lawas.
(A) Fluorescence microscope nga mga hulagway sa matag grupo (hubo, etched, SHP ug LOIS) nga gilumlom sa Pseudomonas aeruginosa ug MRSA suspension sulod sa 12 ug 72 ka oras.(B) Ang gidaghanon sa nagsunod nga CFU sa Pseudomonas aeruginosa ug MRSA sa ibabaw sa matag grupo.(C) Schematic diagram sa anti-biological fouling nga mekanismo sa short-term ug long-term etching, SHP ug LOIS.(D) (1) Ang gidaghanon sa mga fibroblast nga nagsunod sa matag substrate ug fluorescence microscope nga mga hulagway sa mga selula nga nagsunod sa hubo ug LOIS.(2) Adhesion test sa immune-related nga mga protina, albumin ug calcium nga nalambigit sa proseso sa pag-ayo sa bukog (* P <0.05, ** P <0.01, *** P <0.001 ug **** P <0.0001).ns, dili importante.
Sa kaso sa dili malikayan nga gikonsentrar nga mga tensiyon, ang mekanikal nga kalig-on kanunay mao ang nag-unang hagit alang sa paggamit sa antifouling coatings.Ang tradisyonal nga mga pamaagi sa anti-sewage gel gibase sa mga polimer nga adunay ubos nga pagkatunaw sa tubig ug pagkahuyang.Busa, kasagaran sila daling maapektuhan sa mekanikal nga stress sa biomedical nga mga aplikasyon.Busa, ang mekanikal nga lig-on nga antifouling coatings nagpabilin nga usa ka hagit alang sa mga aplikasyon sama sa orthopedic implants (43, 44).Ang Figure 4A(1) nagpakita sa duha ka nag-unang matang sa stress nga gigamit sa orthopedic implants, lakip ang scratching (shear stress) ug compression sa optical image sa nadaot nga implant nga gihimo sa forceps.Pananglitan, kung ang tornilyo gihugot sa usa ka screwdriver, o kung ang siruhano nagkupot sa bone plate nga hugot gamit ang mga sipit ug gipadapat ang compressive force, ang plastik nga bone plate madaot ug magasgas sa parehas nga mga timbangan sa macro ug micro/nano (Figure 4A, 2).Aron masulayan kung ang gigama nga LOIS makasugakod niini nga mga kadaot sa panahon sa plastic surgery, ang nanoindentation gihimo aron itandi ang katig-a sa hubo nga substrate ug ang LOIS sa micro/nano scale aron tun-an ang mekanikal nga mga kabtangan sa micro/nano structure Epekto (Figure). 4B).Ang schematic diagram nagpakita sa lain-laing deformation nga kinaiya sa LOIS tungod sa presensya sa micro / nano nga mga istruktura.Ang usa ka kurba sa kusog-pagbalhin nga gikuha base sa mga resulta sa nanoindentation (Figure 4C).Ang asul nga hulagway nagrepresentar sa hubo nga substrate, nga nagpakita lamang sa gamay nga deformation, ingon sa nakita sa maximum indentation giladmon sa 0.26-μm.Sa laing bahin, ang anam-anam nga pagtaas sa nanoindentation force ug displacement nga nakita sa LOIS (red curve) mahimong magpakita sa mga timailhan sa pagkunhod sa mekanikal nga mga kabtangan, nga moresulta sa usa ka nanoindentation nga giladmon sa 1.61μm.Kini tungod kay ang micro / nano nga estraktura nga anaa sa LOIS naghatag og mas lawom nga pag-uswag nga luna alang sa tumoy sa nanoindenter, mao nga ang deformation niini mas dako kaysa sa hubo nga substrate.Konsta-Gdoutos et al.(45) nagtuo nga tungod sa presensya sa nanostructures, nanoindentation ug micro / nano roughness mosangpot sa dili regular nanoindentation curves.Ang shaded area katumbas sa dili regular nga deformation curve nga gipasangil sa nanostructure, samtang ang non-shaded area kay sa microstructure.Kini nga deformation mahimong makadaot sa microstructure/nanostructure sa holding lubricant ug negatibong makaapekto sa anti-fouling performance niini.Aron matun-an ang epekto sa kadaot sa LOIS, ang dili malikayan nga kadaot sa mga istruktura sa micro/nano gisundog sa lawas sa panahon sa plastic surgery.Pinaagi sa paggamit sa dugo ug protina adhesion pagsulay, ang kalig-on sa anti-biofouling kabtangan sa LOIS human sa in vitro matino (Figure 4D).Ang usa ka serye sa mga optical nga imahe nagpakita sa kadaot nga nahitabo duol sa mga lungag sa matag substrate.Usa ka pagsulay sa pagdugtong sa dugo gihimo aron ipakita ang epekto sa mekanikal nga kadaot sa anti-biofouling coating (Figure 4E).Sama sa SHP, ang mga anti-fouling nga kabtangan nawala tungod sa kadaot, ug ang LOIS nagpakita sa maayo kaayo nga anti-fouling nga mga kabtangan pinaagi sa pagsalikway sa dugo.Kini tungod kay, tungod kay ang enerhiya sa ibabaw gimaneho sa aksyon sa capillary nga nagtabon sa nadaot nga lugar, ang pag-agos sa microstructured lubricant lubricant nagpabalik sa mga anti-fouling properties (35).Ang parehas nga uso naobserbahan sa pagsulay sa pagdikit sa protina gamit ang albumin.Sa nadaot nga lugar, ang pagdikit sa protina sa ibabaw sa nawong sa SHP kaylap nga naobserbahan, ug pinaagi sa pagsukod sa sakup sa lugar niini, kini mahimong maisip nga katunga sa lebel sa adhesion sa hubo nga substrate.Sa laing bahin, ang LOIS nagmintinar sa iyang mga anti-biofouling nga mga kabtangan nga walay hinungdan sa pagdikit (Figure 4, F ug G).Dugang pa, ang nawong sa tornilyo kanunay nga gipailalom sa kusog nga mekanikal nga kapit-os, sama sa pag-drill, mao nga among gitun-an ang abilidad sa LOIS coating nga magpabilin nga wala sa screw in vitro.Ang Figure 4H nagpakita sa optical nga mga hulagway sa lain-laing mga screw, lakip ang hubo, SHP ug LOIS.Ang pula nga rectangle nagrepresentar sa target nga lugar diin ang kusog nga mekanikal nga stress mahitabo sa panahon sa pag-implant sa bukog.Susama sa pagsulay sa pagdikit sa protina sa plato, ang usa ka mikroskopyo sa fluorescence gigamit sa paghanduraw sa adhesion sa protina ug pagsukod sa lugar nga nasakup aron pamatud-an ang integridad sa LOIS coating, bisan sa ilawom sa kusog nga mekanikal nga stress (Figure 4, I ug J).Ang LOIS-treated screws nagpakita sa maayo kaayo nga anti-fouling performance, ug halos walay protina nga nagsunod sa ibabaw.Sa laing bahin, ang protina adhesion naobserbahan sa hubo nga mga screw ug SHP screws, diin ang area coverage sa SHP screws maoy un-tersiya sa mga hubo nga screw.Dugang pa, ang orthopedic implant nga gigamit alang sa fixation kinahanglan nga mekanikal nga lig-on aron makasugakod sa stress nga gigamit sa fracture site, sama sa gipakita sa Figure 4K.Busa, gihimo ang usa ka pagsulay sa bending aron mahibal-an ang epekto sa pagbag-o sa kemikal sa mga mekanikal nga kabtangan.Dugang pa, gihimo kini aron mapadayon ang pirmi nga stress gikan sa implant.Ibutang ang bertikal nga mekanikal nga puwersa hangtod ang implant hingpit nga mapilo ug makuha ang kurba sa stress-strain (Figure 4L, 1).Duha ka mga kabtangan lakip ang Young's modulus ug flexural strength gitandi tali sa hubo ug LOIS substrates isip mga timailhan sa ilang mekanikal nga kusog (Figure 4L, 2 ug 3).Ang modulus ni Young nagpakita sa abilidad sa usa ka materyal nga makasugakod sa mekanikal nga mga kausaban.Ang modulus sa Young sa matag substrate mao ang 41.48±1.01 ug 40.06±0.96 GPa, matag usa;ang nakita nga kalainan mao ang mahitungod sa 3.4%.Dugang pa, gitaho nga ang kalig-on sa bending, nga nagtino sa katig-a sa materyal, mao ang 102.34 ± 1.51 GPa alang sa hubo nga substrate ug 96.99 ± 0.86 GPa alang sa SHP.Ang hubo nga substrate gibana-bana nga 5.3% nga mas taas.Ang gamay nga pagkunhod sa mekanikal nga mga kabtangan mahimong tungod sa notch nga epekto.Sa notch nga epekto, ang micro/nano roughness mahimong molihok isip usa ka hugpong sa mga notches, nga mosangpot sa lokal nga konsentrasyon sa stress ug makaapekto sa mekanikal nga mga kabtangan sa implant (46).Bisan pa, base sa kamatuoran nga ang pagkagahi sa bukog sa cortical sa tawo gikataho nga tali sa 7.4 ug 31.6 GPa, ug ang gisukod nga modulus sa LOIS milabaw sa bukog sa cortical sa tawo (47), ang LOIS igo na aron masuportahan ang bali ug ang kinatibuk-an niini. Ang mekanikal nga mga kabtangan gamay nga apektado sa pagbag-o sa nawong.
(A) Schematic diagram sa (1) ang mekanikal nga stress nga gigamit sa orthopedic implant sa panahon sa operasyon, ug (2) ang optical nga imahe sa nadaot nga orthopedic implant.(B) Schematic diagram sa nano-mechanical properties nga pagsukod pinaagi sa nanoindentation ug LOIS sa hubo nga nawong.(C) Nanoindentation force-displacement curve sa hubo nga nawong ug LOIS.(D) Human sa in vitro nga mga eksperimento, i-simulate ang optical nga mga hulagway sa lain-laing mga klase sa orthopedic plates (ang nadaot nga lugar gi-highlight sa pula nga rectangle) aron masundog ang mekanikal nga stress nga gipahinabo sa panahon sa operasyon.(E) Pagsulay sa pagdugtong sa dugo ug (F) pagsulay sa pagdugtong sa protina sa nadaot nga grupo sa orthopedic plate.(G) Sukda ang area coverage sa protina nga nagsunod sa plato.(H) Optical nga mga hulagway sa lain-laing matang sa orthopedic screws human sa in vitro experiment.(I) Protein adhesion test sa pagtuon sa integridad sa lain-laing mga sapaw.(J) Sukda ang area coverage sa protina nga nagsunod sa screw.(K) Ang paglihok sa koneho gituyo aron makamugna og usa ka piho nga stress sa nabali nga bukog.(L) (1) Iduko ang mga resulta sa pagsulay ug optical nga mga hulagway sa dili pa ug human sa pagduko.Ang kalainan sa (2) Young's modulus ug (3) bending strength tali sa hubo nga implant ug SHP.Ang datos gipahayag nga mean ± SD (* P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001 ug ****P<0.0001).Hulagway sa maayong kabubut-on: Kyomin Chae, Yonsei University.
Sa mga klinikal nga sitwasyon, kadaghanan sa bakterya nga kontak sa biological nga mga materyales ug mga lugar sa samad gikan sa hamtong, hamtong nga biofilms (48).Busa, gibanabana sa US Centers for Disease Control and Prevention nga 65% sa tanang impeksyon sa tawo adunay kalabotan sa biofilms (49).Sa kini nga kaso, kinahanglan nga maghatag usa ka in vivo nga eksperimento nga disenyo nga naghatag makanunayon nga pagporma sa biofilm sa ibabaw sa implant.Busa, nakahimo kami og usa ka rabbit femoral fracture model diin ang mga orthopedic implants gi-pre-incubated sa usa ka bacterial suspension ug dayon gitanom sa rabbit femurs aron tun-an ang anti-fouling properties sa LOIS sa vivo.Tungod sa mosunod nga tulo ka importanteng kamatuoran, ang bacterial infections kay tungod sa pre-culture kay sa direkta nga pag-inject sa bacterial suspensions: (i) Ang immune system sa rabbit natural nga mas lig-on kaysa sa tawo;busa, ang pag-injection sa bacterial suspensions ug planktonic bacteria posible Kini walay epekto sa pagporma sa biofilms.(Ii) Ang planktonic nga bakterya mas daling madutlan sa mga antibiotic, ug ang mga antibiotic kasagarang gigamit human sa operasyon;sa katapusan, (iii) ang planktonic bacteria suspension mahimong lasaw sa mga pluwido sa lawas sa mananap (50).Pinaagi sa pre-culturing sa implant sa usa ka bacterial suspension sa dili pa implantation, atong matun-an pag-ayo ang makadaot nga epekto sa bacterial infection ug foreign body reaction (FBR) sa proseso sa pagkaayo sa bukog.Ang mga koneho gisakripisyo 4 ka semana human sa implantasyon, tungod kay ang osseointegration nga gikinahanglan alang sa proseso sa pag-ayo sa bukog mahuman sulod sa 4 ka semana.Dayon, ang mga implant gikuha gikan sa mga koneho alang sa ubos nga mga pagtuon.Ang Figure 5A nagpakita sa mekanismo sa pagdaghan sa bakterya.Ang nataptan nga orthopedic implant gipasulod sa lawas.Isip resulta sa pre-incubation sa bacterial suspension, unom sa unom ka rabbits nga gitamnan og hubo nga implants ang nataptan, samtang walay bisan usa sa mga rabbits nga gi-implant sa LOIS-treated implants ang nataptan.Ang mga impeksyon sa bakterya nagpadayon sa tulo ka mga lakang, lakip ang pagtubo, pagkahinog ug pagkatibulaag (51).Una, ang gilakip nga bakterya mosanay ug motubo sa ibabaw, ug unya ang bakterya mahimong usa ka biofilm sa diha nga sila mopagawas sa extracellular polymer (EPS), amyloid ug extracellular DNA.Ang biofilm dili lamang makabalda sa pagsulod sa mga antibiotics, apan nagpasiugda usab sa pagtipon sa mga enzyme nga makadaut sa antibiotiko (sama sa β-lactamase) (52).Sa kataposan, ang biofilm nagpakaylap sa hamtong nga bakterya ngadto sa palibot nga mga tisyu.Busa, mahitabo ang impeksyon.Dugang pa, kung ang usa ka langyaw nga lawas mosulod sa lawas, usa ka impeksyon nga mahimong hinungdan sa usa ka kusog nga pagtubag sa resistensya mahimong hinungdan sa grabe nga paghubag, kasakit, ug pagkunhod sa resistensya.Ang Figure 5B naghatag usa ka kinatibuk-ang panan-aw sa FBR nga gipahinabo sa pagsulud sa usa ka orthopedic implant, kaysa sa pagtubag sa immune tungod sa impeksyon sa bakterya.Giila sa sistema sa imyunidad ang gisulod nga implant ingon usa ka langyaw nga lawas, ug dayon hinungdan nga ang mga selyula ug mga tisyu mo-reaksyon aron ma-encapsulate ang langyaw nga lawas (53).Sa unang mga adlaw sa FBR, usa ka supply matrix ang naporma sa ibabaw sa orthopedic implants, nga miresulta sa adsorption sa fibrinogen.Ang adsorbed fibrinogen unya nagporma sa usa ka dasok kaayo nga fibrin network, nga nagpasiugda sa attachment sa mga leukocytes (54).Sa higayon nga maporma ang fibrin network, mahitabo ang acute inflammation tungod sa pagsulod sa neutrophils.Niini nga lakang, ang lainlaing mga cytokine sama sa tumor necrosis factor-α (TNF-α), interleukin-4 (IL-4) ug IL-β gibuhian, ug ang mga monocyte nagsugod sa pagsulod sa implantation site ug pagkalahi ngadto sa higanteng mga selula.Phage (41, 55, 56).Ang pagkunhod sa FBR kanunay nga usa ka hagit tungod kay ang sobra nga FBR mahimong hinungdan sa mahait ug laygay nga panghubag, nga mahimong mosangpot sa makamatay nga mga komplikasyon.Aron masusi ang epekto sa mga impeksyon sa bakterya sa mga tisyu nga naglibot sa hubo nga implant ug LOIS, gigamit ang hematoxylin ug eosin (H&E) ug Masson trichrome (MT).Para sa mga rabbits nga gitamnan nga walay mga substrate, ang grabeng bacterial infections miuswag, ug ang H&E tissue slides klarong nagpakita sa abscesses ug necrosis tungod sa inflammation.Sa laing bahin, ang hilabihan ka lig-on nga anti-biofouling surface LOIS nagpugong sa bacterial adhesion, mao nga kini walay timailhan sa impeksyon ug makapamenos sa panghubag (Figure 5C).Ang resulta sa MT staining nagpakita sa samang uso.Bisan pa, ang pagmantsa sa MT nagpakita usab og edema sa mga koneho nga gitamnan sa LOIS, nga nagpakita nga hapit na mahitabo ang pagkaayo (Figure 5D).Aron matun-an ang lebel sa immune response, ang immunohistochemical (IHC) staining gihimo gamit ang cytokines TNF-α ug IL-6 nga may kalabutan sa immune response.Usa ka hubo nga negatibo nga implant nga wala maladlad sa bakterya gitandi sa usa ka LOIS nga naladlad sa bakterya apan wala nataptan aron tun-an ang proseso sa pagkaayo kung wala ang impeksyon sa bakterya.Ang Figure 5E nagpakita sa usa ka optical nga imahe sa usa ka IHC slide nga nagpahayag sa TNF-α.Ang brown nga lugar nagrepresentar sa immune response, nga nagpakita nga ang immune response sa LOIS gamay nga pagkunhod.Dugang pa, ang ekspresyon sa IL-6 sa LOIS mas ubos kay sa negatibo nga ekspresyon sa sterile hubo (Figure 5F).Ang ekspresyon sa cytokine gi-quantified pinaagi sa pagsukod sa lugar sa antibody staining nga katumbas sa cytokine (Figure 5G).Kung itandi sa mga rabbits nga naladlad sa negatibo nga mga implant, ang lebel sa ekspresyon sa mga rabbits nga gitanom sa LOIS mas ubos, nga nagpakita sa usa ka makahuluganon nga kalainan.Ang pagkunhod sa ekspresyon sa cytokine nagpakita nga ang dugay, lig-on nga anti-fouling nga mga kabtangan sa LOIS dili lamang nga may kalabutan sa pagpugong sa mga impeksyon sa bakterya, apan usab sa pagkunhod sa FBR, nga gipahinabo sa mga macrophage nga nagsunod sa substrate (53, 57, 58).Busa, ang pagkunhod sa immune response tungod sa immune evasion properties sa LOIS mahimong makasulbad sa mga side effect human sa implantation, sama sa sobra nga immune response human sa plastic surgery.
(A) Usa ka schematic diagram sa mekanismo sa biofilm formation ug mikaylap sa nawong sa usa ka nataptan nga orthopedic implant.eDNA, extracellular DNA.(B) Schematic diagram sa immune response human sa orthopedic implant insertion.(C) H&E staining ug (D) MT staining sa palibot nga mga tisyu sa orthopedic implants nga adunay hubo nga positibo ug LOIS.Ang IHC sa immune-related cytokines (E) TNF-α ug (F) IL-6 mga namantsahan nga mga hulagway sa hubo-negatibo ug LOIS-implanted rabbits.(G) Pag-ihap sa ekspresyon sa cytokine pinaagi sa pagsukod sa coverage sa lugar (** P <0.01).
Ang biocompatibility sa LOIS ug ang epekto niini sa proseso sa pag-ayo sa bukog gisusi sa vivo gamit ang diagnostic imaging [x-ray ug micro-computed tomography (CT)] ug osteoclast IHC.Ang Figure 6A nagpakita sa proseso sa pag-ayo sa bukog nga naglambigit sa tulo ka lain-laing mga ang-ang: panghubag, pag-ayo, ug pagbag-o.Sa diha nga ang usa ka bali mahitabo, ang makapahubag nga mga selula ug fibroblasts motuhop ngadto sa bali nga bukog ug magsugod sa pagtubo ngadto sa vascular tissue.Atol sa yugto sa pag-ayo, ang ingrowth sa vascular tissue mikaylap duol sa fracture site.Ang vascular tissue naghatag ug sustansya alang sa pagporma sa bag-ong bukog, nga gitawag ug callus.Ang katapusan nga yugto sa proseso sa pag-ayo sa bukog mao ang yugto sa pagbag-o, diin ang gidak-on sa callus mikunhod ngadto sa gidak-on sa normal nga bukog sa tabang sa pagsaka sa lebel sa activated osteoclast (59).Ang three-dimensional (3D) nga pagtukod pag-usab sa fracture site gihimo gamit ang micro-CT scans aron maobserbahan ang mga kalainan sa lebel sa pagporma sa callus sa matag grupo.Tan-awa ang cross-section sa femur aron maobserbahan ang gibag-on sa callus nga naglibot sa nabali nga bukog (Figure 6, B ug C).Gigamit usab ang X-ray sa pagsusi sa mga fracture site sa tanang grupo matag semana aron maobserbahan ang lain-laing proseso sa pagbag-o sa bukog sa matag grupo (Figure S9).Ang callus ug hamtong nga mga bukog gipakita sa asul/berde ug garing, matag usa.Kadaghanan sa humok nga mga tisyu gisala gamit ang preset threshold.Ang hubo nga positibo ug SHP nagpamatuod sa pagporma sa gamay nga kantidad sa callus sa palibot sa fracture site.Sa laing bahin, ang nabutyag nga negatibo sa LOIS ug ang fracture site gilibutan sa baga nga callus.Gipakita sa mga hulagway sa Micro-CT nga ang pagporma sa callus gibabagan sa impeksyon sa bakterya ug panghubag nga may kalabotan sa impeksyon.Kini tungod kay ang sistema sa imyunidad nag-una sa pag-ayo sa mga kadaot sa septic nga gipahinabo sa panghubag nga may kalabotan sa impeksyon, kaysa sa pagbawi sa bukog (60).Ang IHC ug Tartrate-resistant Acid Phosphatase (TRAP) staining gihimo aron maobserbahan ang kalihokan sa osteoclast ug bone resorption (Figure 6D) (61).Pipila ra nga gi-aktibo nga mga osteoclast nga adunay mantsa nga purpura ang nakit-an sa mga hubo nga positibo ug SHP.Sa laing bahin, daghang mga gi-aktibo nga osteoclast ang nakita duol sa hubo nga positibo ug hamtong nga mga bukog sa LOIS.Kini nga panghitabo nagpakita nga sa presensya sa mga osteoclast, ang callus sa palibot sa fracture site nag-agi sa usa ka mapintas nga proseso sa pagbag-o (62).Ang gidaghanon sa bukog ug ang osteoclast expression area sa callus gisukod aron itandi ang lebel sa pagporma sa callus sa palibot sa fracture site sa tanang grupo, aron ma-quantify ang micro-CT scan ug resulta sa IHC (Figure 6E, 1 ug 2).Sama sa gipaabut, ang hubo nga negatibo ug pagporma sa callus sa LOIS labi ka taas kaysa sa ubang mga grupo, nga nagpakita nga ang positibo nga pagbag-o sa bukog nahitabo (63).Ang Figure S10 nagpakita sa optical image sa surgical site, ang MT staining result sa tissue nga nakolekta duol sa screw, ug ang TRAP staining result nga nagpakita sa screw-bone interface.Diha sa hubo nga substrate, ang lig-on nga callus ug fibrosis formation naobserbahan, samtang ang LOIS-treated implant nagpakita sa usa ka medyo wala masunod nga nawong.Sa susama, kon itandi sa hubo nga mga negatibo, ang ubos nga fibrosis naobserbahan sa mga rabbits nga gitanom sa LOIS, ingon sa gipakita sa puti nga mga pana.Dugang pa, ang lig-on nga edema (asul nga udyong) mahimong ikapasangil sa immune evasion properties sa LOIS, sa ingon makapamenos sa grabeng panghubag.Ang non-stick nga nawong sa palibot sa implant ug ang pagkunhod sa fibrosis nagsugyot nga ang proseso sa pagtangtang mas sayon, nga kasagaran moresulta sa ubang mga bali o panghubag.Ang proseso sa pag-ayo sa bukog human sa pagtangtang sa screw gisusi sa kalihokan sa osteoclast sa interface sa screw-bone.Ang hubo nga bukog ug ang LOIS implant interface misuhop sa susama nga lebel sa mga osteoclast aron dugang nga pagkaayo sa bukog, nga nagpakita nga ang LOIS coating walay negatibong epekto sa pag-ayo sa bukog o immune response.Aron mapamatud-an nga ang pagbag-o sa nawong nga gihimo sa LOIS dili makabalda sa proseso sa pag-ayo sa bukog, ang X-ray nga pagsusi gigamit aron itandi ang pagkaayo sa bukog sa mga rabbits nga adunay gibutyag nga negatibo nga mga ion ug 6 ka semana sa LOIS implantation (Figure 6F).Ang mga resulta nagpakita nga kon itandi sa wala mataptan nga hubo nga positibo nga grupo, ang LOIS nagpakita sa samang lebel sa pagkaayo sa bukog, ug walay klaro nga mga timailhan sa pagkabali (padayon nga osteolysis nga linya) sa duha ka grupo.
(A) Schematic diagram sa proseso sa pag-ayo sa bukog human sa bali.(B) Ang kalainan sa ang-ang sa pagporma sa callus sa matag grupo sa nawong ug (C) ang cross-sectional nga imahe sa fracture site.(D) Pagmantsa sa TRAP aron mahanduraw ang kalihokan sa osteoclast ug resorption sa bukog.Base sa kalihokan sa TRAP, ang pagporma sa external callus sa cortical bone kay quantitatively analysed sa (E) (1) micro-CT ug (2) osteoclast activity.(F) 6 ka semana human sa implantation, X-ray nga mga hulagway sa nabali nga bukog sa gibutyag nga negatibo (gipasiugda sa pula nga dashed rectangle) ug LOIS (gipasiugda sa blue dashed rectangle).Ang pagtuki sa estadistika gihimo pinaagi sa one-way analysis of variance (ANOVA).* P <0.05.** P <0.01.
Sa laktud, ang LOIS naghatag ug bag-ong tipo sa antibacterial infection nga estratehiya ug immune escape coating para sa orthopedic implants.Ang conventional orthopedic implants nga adunay SHP functionalization nagpakita sa hamubo nga panahon nga anti-biofouling nga mga kabtangan, apan dili makapadayon sa ilang mga kabtangan sa dugay nga panahon.Ang superhydrophobicity sa substrate naglit-ag sa mga bula sa hangin tali sa bakterya ug sa substrate, sa ingon nagporma og mga bulsa sa hangin, sa ingon mapugngan ang impeksyon sa bakterya.Bisan pa, tungod sa pagsabwag sa hangin, kini nga mga bulsa sa hangin dali nga makuha.Sa laing bahin, maayo nga napamatud-an sa LOIS ang katakus niini sa pagpugong sa mga impeksyon nga may kalabotan sa biofilm.Busa, tungod sa mga anti-rejection nga mga kabtangan sa lubricant layer nga gi-inject sa layered micro/nano structure surface, ang impeksyon-related nga panghubag mahimong mapugngan.Ang lainlaing mga pamaagi sa pagkilala lakip ang SEM, AFM, XPS ug mga pagsukod sa CA gigamit aron ma-optimize ang mga kondisyon sa paghimo sa LOIS.Dugang pa, ang LOIS mahimo usab nga magamit sa lainlaing mga biological nga materyales nga sagad gigamit sa mga kagamitan sa pag-ayo sa orthopedic, sama sa PLGA, Ti, PE, POM ug PPSU.Dayon, ang LOIS gisulayan in vitro aron pamatud-an ang iyang anti-biofouling nga mga kabtangan batok sa bakterya ug biological nga mga butang nga may kalabutan sa immune response.Ang mga resulta nagpakita nga kini adunay maayo kaayo nga antibacterial ug anti-biofouling nga mga epekto kumpara sa hubo nga implant.Dugang pa, ang LOIS nagpakita sa mekanikal nga kalig-on bisan human sa paggamit sa mekanikal nga stress, nga dili malikayan sa plastic surgery.Tungod sa self-healing properties sa lubricant sa ibabaw sa micro/nano structure, ang LOIS malampuson nga namentinar ang anti-biological fouling properties niini.Aron matun-an ang biocompatibility ug antibacterial nga kabtangan sa LOIS sa vivo, ang LOIS gitisok sa femur sa koneho sulod sa 4 ka semana.Walay bacterial infection nga naobserbahan sa mga rabbits nga gitanom sa LOIS.Dugang pa, ang paggamit sa IHC nagpakita sa pagkunhod sa lebel sa lokal nga immune response, nga nagpakita nga ang LOIS wala makapugong sa proseso sa pag-ayo sa bukog.Ang LOIS nagpakita sa maayo kaayo nga antibacterial ug immune evasion properties, ug napamatud-an nga epektibong makapugong sa biofilm formation sa wala pa ug atol sa orthopedic surgery, ilabi na sa bone synthesis.Pinaagi sa paggamit sa rabbit bone marrow inflammatory femoral fracture model, ang epekto sa biofilm-related nga mga impeksyon sa proseso sa pag-ayo sa bukog nga gipahinabo sa pre-incubated implants gitun-an pag-ayo.Isip usa ka umaabot nga pagtuon, usa ka bag-o nga modelo sa vivo ang gikinahanglan aron matun-an ang posible nga mga impeksyon pagkahuman sa implantasyon aron hingpit nga masabtan ug mapugngan ang mga impeksyon nga may kalabotan sa biofilm sa tibuuk nga proseso sa pag-ayo.Dugang pa, ang osteoinduction usa gihapon ka wala masulbad nga hagit sa paghiusa sa LOIS.Ang dugang nga panukiduki gikinahanglan aron makombinar ang pinili nga adhesion sa osteoinductive cells o regenerative nga tambal uban sa LOIS aron mabuntog ang hagit.Sa kinatibuk-an, ang LOIS nagrepresentar sa usa ka promising orthopedic implant coating nga adunay mekanikal nga kalig-on ug maayo kaayo nga anti-biofouling properties, nga makapakunhod sa SSI ug immune side effects.
Hugasi ang 15mm x 15mm x 1mm 304 SS substrate (Dong Kang M-Tech Co., Korea) sa acetone, EtOH ug DI nga tubig sulod sa 15 minutos aron makuha ang mga kontaminante.Aron maporma ang usa ka micro/nano-level nga istruktura sa ibabaw, ang gilimpyohan nga substrate giunlod sa usa ka 48% hangtod 51% nga solusyon sa HF (DUKSAN Corp., South Korea) sa 50 ° C.Ang oras sa pagkulit magkalainlain gikan sa 0 hangtod 60 minuto.Dayon, ang etched substrate gilimpyohan sa deionized nga tubig ug gibutang sa usa ka 65% HNO3 (Korea DUKSAN Corp.) nga solusyon sa 50 ° C sulod sa 30 minutos aron maporma ang chromium oxide passivation layer sa ibabaw.Human sa passivation, ang substrate gihugasan sa deionized nga tubig ug gipauga aron makakuha og substrate nga adunay layered nga istraktura.Sunod, ang substrate gibutyag sa oxygen plasma (100 W, 3 minutos), ug diha-diha dayon gituslob sa solusyon sa 8.88 mM POTS (Sigma-Aldrich, Germany) sa toluene sa temperatura sa lawak sulod sa 12 ka oras.Dayon, ang substrate nga gitabonan sa POTS gilimpyohan sa EtOH, ug gi-annealed sa 150 ° C sulod sa 2 ka oras aron makakuha og dasok nga POTS SAM.Human sa SAM coating, usa ka lubricant layer ang naporma sa substrate pinaagi sa paggamit sa perfluoropolyether lubricant (Krytox 101; DuPont, USA) nga adunay loading volume nga 20 μm/cm 2. Sa dili pa gamiton, i-filter ang lubricant pinaagi sa 0.2 micron filter.Kuhaa ang sobra nga lubricant pinaagi sa pagkiling sa 45° nga anggulo sulod sa 15 minutos.Ang parehas nga pamaagi sa paggama gigamit alang sa orthopedic implants nga hinimo sa 304 SS (locking plate ug cortical locking screw; Dong Kang M-Tech Co., Korea).Ang tanan nga orthopedic implants gidisenyo aron mohaum sa geometry sa femur sa koneho.
Ang ibabaw nga morphology sa substrate ug orthopedic implants gisusi sa field emission SEM (Inspect F50, FEI, USA) ug AFM (XE-100, Park Systems, South Korea).Ang kabangis sa nawong (Ra, Rq) gisukod pinaagi sa pagpadaghan sa lugar nga 20 μm sa 20 μm (n=4).Usa ka XPS (PHI 5000 VersaProbe, ULVAC PHI, Japan) nga sistema nga gisangkapan sa usa ka Al Kα X-ray nga tinubdan nga adunay gidak-on nga spot nga 100μm2 gigamit sa pag-analisar sa kemikal nga komposisyon sa ibabaw.Usa ka sistema sa pagsukod sa CA nga nasangkapan sa usa ka dinamikong camera sa pagkuha sa imahe (SmartDrop, FEMTOBIOMED, ​​​​South Korea) gigamit sa pagsukod sa likido nga CA ug SA.Alang sa matag sukod, 6 hangtod 10 μl sa mga tinulo (deionized nga tubig, dugo sa kabayo, EG, 30% nga ethanol, ug HD) ibutang sa ibabaw aron masukod ang CA.Kung ang anggulo sa pagkahilig sa substrate motaas sa gikusgon nga 2°/s (n = 4), ang SA gisukod sa dihang mahulog ang droplet.
Ang Pseudomonas aeruginosa [American Type Culture Collection (ATCC) 27853] ug MRSA (ATCC 25923) gipalit gikan sa ATCC (Manassas, Virginia, USA), ug ang stock culture gipadayon sa -80°C.Sa wala pa gamiton, ang frozen nga kultura gilumlom sa trypsin-thawed soybean broth (Komed, Korea) sa 37 ° C sulod sa 18 ka oras ug dayon gibalhin kaduha aron ma-activate kini.Human sa paglumlum, ang kultura gi-centrifuge sa 10,000 rpm sulod sa 10 minutos sa 4 ° C ug gihugasan kaduha gamit ang PBS (pH 7.3) nga solusyon.Ang centrifuged nga kultura unya subcultured sa blood agar plates (BAP).Ang MRSA ug Pseudomonas aeruginosa giandam sa tibuok gabii ug gikultura sa sabaw sa Luria-Bertani.Ang konsentrasyon sa Pseudomonas aeruginosa ug MRSA sa inoculum kay quantitatively gitino sa CFU sa suspension sa serial dilutions sa agar.Dayon, i-adjust ang bacterial concentration sa 0.5 McFarland standard, nga katumbas sa 108 CFU/ml.Dayon dilute ang working bacterial suspension 100 ka beses ngadto sa 106 CFU/ml.Aron masulayan ang mga kabtangan sa antibacterial adhesion, ang substrate gi-sterilize sa 121 ° C sulod sa 15 minuto sa wala pa gamiton.Ang substrate dayon gibalhin ngadto sa 25 ml nga bacterial suspension ug gilumlom sa 37 ° C nga adunay kusog nga pag-uyog (200 rpm) sulod sa 12 ug 72 ka oras.Human sa paglumlum, ang matag substrate gikuha gikan sa incubator ug gihugasan 3 ka beses sa PBS aron makuha ang bisan unsang naglutaw nga bakterya sa ibabaw.Aron maobserbahan ang biofilm sa substrate, ang biofilm giayo sa methanol ug gipintalan sa 1 ml nga crimidine orange sa 2 minuto.Dayon ang usa ka fluorescence microscope (BX51TR, Olympus, Japan) gigamit sa pagkuha og mga hulagway sa nabulit nga biofilm.Aron ma-quantify ang biofilm sa substrate, ang gilakip nga mga selula gibulag gikan sa substrate pinaagi sa bead vortex nga pamaagi, nga giisip nga labing angay nga pamaagi aron makuha ang gilakip nga bakterya (n = 4).Gamit ang sterile forceps, kuhaa ang substrate gikan sa medium nga pagtubo ug i-tap ang well plate aron makuha ang sobra nga likido.Ang mga loosely attached cells gikuha pinaagi sa paghugas sa makaduha gamit ang sterile PBS.Ang matag substrate dayon gibalhin sa usa ka sterile test tube nga adunay 9 ml nga 0.1% nga protina ept saline (PSW) ug 2 g sa 20 hangtod 25 nga sterile nga bildo nga beads (0.4 hangtod 0.5 mm ang diyametro).Dayon kini gi-vortex sulod sa 3 minutos aron matangtang ang mga selula gikan sa sample.Human sa vortexing, ang suspension serially diluted 10-fold nga adunay 0.1% PSW, ug dayon 0.1 ml sa matag dilution ang inoculated sa BAP.Human sa 24 ka oras nga paglumlum sa 37 ° C, ang CFU giihap sa mano-mano.
Alang sa mga selula, gigamit ang mouse fibroblasts NIH/3T3 (CRL-1658; American ATCC) ug mouse macrophage RAW 264.7 (TIB-71; American ATCC).Gamita ang Dulbecco's modified Eagle medium (DMEM; LM001-05, Welgene, Korea) sa kultura sa mouse fibroblasts ug suplemento sa 10% calf serum (S103-01, Welgene) ug 1% penicillin-streptomycin (PS; LS202-02, Welgene (Welgene Gamita ang DMEM sa pag-kultura sa mga macrophage sa mouse, nga gidugangan sa 10% nga fetal bovine serum (S001-01, Welgene) ug 1% PS Ibutang ang substrate sa usa ka unom ka atabay nga cell culture plate , Ug inoculate ang mga selula sa 105 ka mga selula/cm2. Ang mga selula gilumlum sa tibuok gabii sa 37 ° C ug 5% CO2 Para sa cell staining, ang mga selula gitakda sa 4% paraformaldehyde sulod sa 20 minutos ug gibutang sa 0.5% Triton X Incubate sulod sa 5 minutos sa -100 sa 37 ° C sulod sa 30 minutos Human sa proseso sa paglumlum, gamita ang substrate nga adunay 4′,6-diamino-2-phenylindole (H -1200, Vector Laboratories, UK) VECTASHIELD fixation medium (n = 4 kada cell). , fluorescein, fluorescein isothiocyanate-albumin (A9771, Sigma-Aldrich, Germany) ug plasma sa tawo Ang Alexa Fluor 488-conjugated fibrinogen (F13191, Invitrogen, USA) natunaw sa PBS (10 mM, pH 7.4).Ang konsentrasyon sa albumin ug fibrinogen mao ang 1 ug 150 μg/ml, matag usa.Human sa substrate Sa dili pa iunlod sa protina nga solusyon, hugasi kini sa PBS aron ma-rehydrate ang nawong.Dayon ituslob ang tanang substrates sa usa ka unom ka atabay nga plato nga adunay sulud nga solusyon sa protina ug i-incubate sa 37 ° C sulod sa 30 ug 90 ka minuto.Human sa paglumlum, Ang substrate dayon gikuha gikan sa solusyon sa protina, gihugasan nga hinay sa PBS 3 ka beses, ug giayo sa 4% paraformaldehyde (n = 4 alang sa matag protina).Alang sa calcium, sodium chloride (0.21 M) ug potassium phosphate (3.77 mM) ) Natunaw sa deionized nga tubig.Ang pH sa solusyon gi-adjust ngadto sa 2.0 pinaagi sa pagdugang sa hydrochloride solution (1M).Dayon ang calcium chloride (5.62 mM) natunaw sa solusyon.Pinaagi sa pagdugang sa 1M tris(hydroxymethyl)-amino Methane nag-adjust sa pH sa solusyon ngadto sa 7.4.Ituslob ang tanan nga substrates sa usa ka unom ka atabay nga plato nga puno sa 1.5 × calcium phosphate nga solusyon ug kuhaa gikan sa solusyon human sa 30 minutos.Para sa pagmantsa, 2 g Alizarin Red S (CI 58005) Mix sa 100 ml nga deionized nga tubig.Dayon, gamita ang 10% ammonium hydroxide aron ma-adjust ang pH ngadto sa 4. Dye ang substrate gamit ang Alizarin Red solution sulod sa 5 minutos, ug dayon itaktak ang sobra nga tina ug blot.Pagkahuman sa proseso sa pag-uyog, kuhaa ang substrate.Ang materyal kay dehydrated, dayon ituslob sa acetone sulod sa 5 minutos, dayon ituslob sa acetone-xylene (1:1) nga solusyon sulod sa 5 minutos, ug sa kataposan hugasan sa xylene (n = 4).Ang fluorescence microscope (Axio Imager) nga adunay ×10 ug ×20 nga mga tumong nga lente gigamit..A2m, Zeiss, Germany) mga hulagway sa tanang substrate.Ang ImageJ/FIJI (https://imagej.nih.gov/ij/) gigamit sa pag-ihap sa adhesion data sa biological substances sa matag grupo sa upat ka lain-laing mga lugar sa imaging.I-convert ang tanan nga mga imahe sa binary nga mga imahe nga adunay mga piho nga threshold alang sa pagtandi sa substrate.
Usa ka Zeiss LSM 700 confocal microscope gigamit sa pagmonitor sa kalig-on sa lubricant layer sa PBS sa reflection mode.Ang fluorine-based SAM-coated glass sample nga adunay injected lubricating layer giunlod sa usa ka PBS solution, ug gisulayan gamit ang orbital shaker (SHO-1D; Daihan Scientific, South Korea) ubos sa malumo nga pag-uyog nga mga kondisyon (120 rpm).Dayon kuhaa ang sample ug bantayan ang pagkawala sa lubricant pinaagi sa pagsukod sa pagkawala sa gipabanaag nga kahayag.Aron makuha ang mga imahe sa fluorescence sa mode sa pagpamalandong, ang sample na-expose sa usa ka 633 nm laser ug dayon gikolekta, tungod kay ang kahayag makita balik gikan sa sample.Ang mga sampol gisukod sa mga agwat sa oras nga 0, 30, 60, ug 120 ka oras.
Aron mahibal-an ang impluwensya sa proseso sa pagbag-o sa nawong sa nanomechanical nga mga kabtangan sa orthopedic implants, usa ka nanoindenter (TI 950 TriboIndenter, Hysitron, USA) nga adunay tulo ka kilid nga piramide nga pormag Berkovich diamond tip gigamit sa pagsukod sa nanoindenedione.Ang peak load mao ang 10 mN ug ang lugar mao ang 100μmx 100μm.Alang sa tanan nga mga pagsukod, ang oras sa pagkarga ug pagdiskarga kay 10 s, ug ang oras sa pagpugong ubos sa peak indentation load mao ang 2 s.Pagsukod gikan sa lima ka lainlaing mga lokasyon ug kuhaa ang kasagaran.Aron sa pagtimbang-timbang sa mekanikal nga kalig-on performance ubos sa load, usa ka transverse tulo-ka-punto bending pagsulay gihimo gamit ang usa ka universal testing machine (Instron 5966, Instron, USA).Ang substrate gi-compress sa usa ka kanunay nga rate sa 10 N / s nga adunay dugang nga load.Ang Bluehill Universal software program (n = 3) gigamit sa pagkalkulo sa flexural modulus ug maximum compressive stress.
Aron masundog ang proseso sa operasyon ug ang may kalabutan nga mekanikal nga kadaot nga gipahinabo sa panahon sa operasyon, ang proseso sa operasyon gihimo sa vitro.Ang mga femur gikolekta gikan sa gipatay nga puti nga mga koneho sa New Zealand.Ang femur gilimpyohan ug giayo sa 4% paraformaldehyde sulod sa 1 ka semana.Sama sa gihulagway sa pamaagi sa eksperimento sa mananap, ang fixed femur gioperahan pinaagi sa operasyon.Human sa operasyon, ang orthopedic implant gipaunlod sa dugo (dugo sa kabayo, KISAN, Korea) sulod sa 10 s aron makumpirma kung ang mga adhesion sa dugo nahitabo human ang mekanikal nga kadaot gigamit (n = 3).
Usa ka kinatibuk-an nga 24 ka laki nga puti nga koneho sa New Zealand (bug-at nga 3.0 hangtod 3.5kg, kasagaran nga edad 6 ka bulan) random nga gibahin sa upat ka grupo: hubo nga negatibo, hubo nga positibo, SHP ug LOIS.Ang tanan nga mga pamaagi nga naglambigit sa mga mananap gihimo subay sa etikal nga mga sumbanan sa Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC aprubado, KOREA-2017-0159).Ang orthopedic implant naglangkob sa usa ka locking plate nga adunay lima ka mga lungag (gitas-on 41 mm, gilapdon 7 mm ug gibag-on 2 mm) ug cortical locking screws (gitas-on 12 mm, diyametro 2.7 mm) alang sa pagkaayo sa bali.Gawas niadtong mga plato ug mga screw nga gigamit sa hubo nga negatibo nga grupo, ang tanan nga mga plato ug mga screw gilumlom sa MRSA suspension (106 CFU/ml) sulod sa 12 ka oras.Ang hubo-negatibo nga grupo (n = 6) gitambalan nga adunay hubo nga mga implant sa nawong nga wala’y pagkaladlad sa pagsuspinde sa bakterya, ingon usa ka negatibo nga pagkontrol sa impeksyon.Ang hubo nga positibo nga grupo (n = 6) gitambalan sa usa ka hubo nga nawong nga implant nga naladlad sa bakterya ingon usa ka positibo nga pagkontrol sa impeksyon.Ang grupo sa SHP (n = 6) gitambalan sa mga implant sa SHP nga gibutyag sa bakterya.Sa katapusan, ang grupo sa LOIS gitambalan nga adunay mga implant nga LOIS nga naladlad sa bakterya (n = 6).Ang tanang mananap gitago sa hawla, ug daghang pagkaon ug tubig ang gitagana.Sa wala pa ang operasyon, ang mga koneho gipuasa sulod sa 12 ka oras.Ang mga mananap gi-anesthetize pinaagi sa intramuscular injection sa xylazine (5mg/kg) ug intravenous injection sa paclitaxel (3mg/kg) alang sa induction.Human niana, paghatod ug 2% isoflurane ug 50% ngadto sa 70% nga medikal nga oxygen (flow rate 2 L/min) pinaagi sa respiratory system aron mapadayon ang anesthesia.Kini gitanom pinaagi sa direkta nga pagduol sa lateral femur.Human sa pagtangtang sa buhok ug povidone-iodine disinfection sa panit, usa ka incision nga mga 6 cm ang gitas-on gihimo sa gawas sa wala nga tunga nga femur.Pinaagi sa pag-abli sa gintang tali sa mga kaunuran nga nagtabon sa femur, ang femur hingpit nga nahayag.Ibutang ang plato sa atubangan sa femoral shaft ug ayoha kini gamit ang upat ka screw.Human sa fixation, gamita ang saw blade (1 mm ang gibag-on) aron artipisyal nga makamugna og bali sa lugar tali sa ikaduhang buho ug ikaupat nga buho.Sa pagtapos sa operasyon, ang samad gihugasan sa asin ug gisirhan sa mga tahi.Ang matag koneho giindyeksyon subcutaneously sa enrofloxacin (5 mg/kg) lasaw un-tersiya sa saline.Ang postoperative X-ray sa femur gikuha sa tanang mananap (0, 7, 14, 21, 28, ug 42 ka adlaw) aron makumpirma ang osteotomy sa bukog.Pagkahuman sa lawom nga anesthesia, ang tanan nga mga hayop gipatay pinaagi sa intravenous KCl (2 mmol / kg) sa 28 ug 42 ka adlaw.Human sa pagpatay, ang femur gi-scan sa micro-CT aron maobserbahan ug itandi ang proseso sa pag-ayo sa bukog ug bag-ong pagporma sa bukog tali sa upat ka grupo.
Human sa pagpatay, ang humok nga mga tisyu nga direkta nga kontak sa orthopedic implants gikolekta.Ang tisyu giayo sa 10% neutral buffered formalin sa tibuok gabii ug dayon dehydrated sa EtOH.Ang dehydrated tissue gisulod sa paraffin ug gibahin sa gibag-on nga 40 μm gamit ang microtome (400CS; EXAKT, Germany).Aron mahanduraw ang impeksyon, gihimo ang H&E staining ug MT staining.Aron masusi ang tubag sa host, ang gi-section nga tissue gilumlom sa rabbit anti-TNF-α primary antibody (AB6671, Abcam, USA) ug rabbit anti-IL-6 (AB6672; Abcam, USA), ug dayon gitambalan sa horseradish.oxidase.Ibutang ang avidin-biotin complex (ABC) staining system sa mga seksyon sumala sa instruksyon sa tiggama.Aron makita ingon usa ka brown nga produkto nga reaksyon, ang 3,3-diaminobenzidine gigamit sa tanan nga mga bahin.Usa ka digital slide scanner (Pannoramic 250 Flash III, 3DHISTECH, Hungary) gigamit sa paghanduraw sa tanan nga mga hiwa, ug labing menos upat ka substrates sa matag grupo ang gisusi sa ImageJ software.
Ang mga hulagway sa X-ray gikuha sa tanang mananap human sa operasyon ug matag semana aron mamonitor ang pagkaayo sa bali (n=6 kada grupo).Human sa pagpatay, ang high-resolution nga micro-CT gigamit sa pagkalkulo sa pagporma sa callus sa palibot sa femur human sa pagkaayo.Ang nakuha nga femur gilimpyohan, gitakda sa 4% paraformaldehyde sulod sa 3 ka adlaw, ug gi-dehydrate sa 75% nga ethanol.Ang dehydrated nga mga bukog dayon gi-scan pinaagi sa paggamit sa micro-CT (SkyScan 1173, Brooke Micro-CT, Kandy, Belgium) aron makamugna og 3D voxel nga mga hulagway (2240 ​​× 2240 pixels) sa sample sa bukog.Gamita ang 1.0 mm Al filter para makunhuran ang signal noise ug ipadapat ang taas nga resolusyon sa tanang scan (E = 133 kVp, I = 60 μA, integration time = 500 ms).Ang Nrecon software (bersyon 1.6.9.8, Bruker microCT, Kontich, Belgium) gigamit aron makamugna og 3D nga gidaghanon sa na-scan nga sample gikan sa nakuha nga 2D lateral projection.Para sa pagtuki, ang 3D reconstructed image gibahin sa 10mm×10mm×10mm cubes sumala sa fracture site.Kalkulahin ang callus sa gawas sa cortical bone.Ang DataViewer (bersyon 1.5.1.2; Bruker microCT, Kontich, Belgium) software gigamit sa digital nga pag-redirect sa gi-scan nga gidaghanon sa bukog, ug CT-Analyzer (bersyon 1.14.4.1; Bruker microCT, Kontich, Belgium) software gigamit alang sa pagtuki.Ang relatibong x-ray absorption coefficients sa hamtong nga bukog ug callus gipalahi pinaagi sa ilang densidad, ug dayon ang gidaghanon sa callus gi-quantified (n = 4).Aron mapamatud-an nga ang biocompatibility sa LOIS wala maglangan sa proseso sa pag-ayo sa bukog, ang dugang nga X-ray ug micro-CT analysis gihimo sa duha ka rabbits: ang hubo-negatibo ug LOIS nga mga grupo.Ang duha ka grupo gipatay sa ika-6 nga semana.
Ang mga femurs gikan sa gisakripisyo nga mga mananap gikolekta ug gibutang sa 4% paraformaldehyde sulod sa 3 ka adlaw.Ang orthopedic implant dayon maampingong gikuha gikan sa femur.Ang femur gi-decalcified sulod sa 21 ka adlaw pinaagi sa paggamit sa 0.5 M EDTA (EC-900, National Diagnostics Corporation).Unya ang decalcified femur gituslob sa EtOH aron kini ma-dehydrate.Ang dehydrated femur gikuha sa xylene ug gisulod sa paraffin.Dayon ang sample gihiwa gamit ang automatic rotary microtome (Leica RM2255, Leica Biosystems, Germany) nga may gibag-on nga 3 μm.Para sa TRAP staining (F6760, Sigma-Aldrich, Germany), ang mga sectioned sample gi-deparaffinized, rehydrated ug gi-incubate sa TRAP reagent sa 37°C sulod sa 1 ka oras.Nakuha ang mga hulagway gamit ang slide scanner (Pannoramic 250 Flash III, 3DHISTECH, Hungary) ug gi-quantified pinaagi sa pagsukod sa area coverage sa stained area.Sa matag eksperimento, labing menos upat ka substrates sa matag grupo ang gisusi sa ImageJ software.
Ang pagtuki sa kahulogan sa istatistika gihimo pinaagi sa paggamit sa GraphPad Prism (GraphPad Software Inc., USA).Ang unpaired t-test ug one-way analysis of variance (ANOVA) gigamit sa pagsulay sa mga kalainan tali sa mga grupo sa evaluation.Ang lebel sa kahulogan gipakita sa numero sama sa mosunod: * P<0.05, ** P<0.01, *** P<0.001 ug **** P<0.0001;NS, walay mahinungdanong kalainan.
Para sa mga dugang nga materyales para niini nga artikulo, palihug tan-awa ang http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/44/eabb0025/DC1
Kini usa ka bukas nga access nga artikulo nga gipang-apod-apod ubos sa mga termino sa Creative Commons Attribution-Non-Commercial License, nga nagtugot sa paggamit, pag-apod-apod ug pagsanay sa bisan unsang medium, basta ang paggamit dili alang sa komersyal nga ganansya ug ang premise mao nga ang orihinal sakto ang trabaho.Reperensya.
Mubo nga sulat: Gihangyo lang ka namo nga maghatag ug email address aron ang tawo nga imong girekomenda sa panid makahibalo nga gusto nimo nga makita nila ang email ug nga ang email dili spam.Dili kami mokuha ug bisan unsang email address.
Kini nga pangutana gigamit sa pagsulay kung ikaw usa ka tawo nga bisita ug aron mapugngan ang awtomatikong pagsumite sa spam.
Choe Kyung Min, Oh Young Jang, Park Jun Joon, Lee Jin Hyuk, Kim Hyun Cheol, Lee Kyung Moon, Lee Chang Kyu, Lee Yeon Taek, Lee Sun-uck, Jeong Morui
Ang antibacterial ug immune escape coatings sa orthopedic implants makapakunhod sa mga impeksyon ug mga tubag sa immune tungod sa mga impeksyon.
Choe Kyung Min, Oh Young Jang, Park Jun Joon, Lee Jin Hyuk, Kim Hyun Cheol, Lee Kyung Moon, Lee Chang Kyu, Lee Yeon Taek, Lee Sun-uck, Jeong Morui
Ang antibacterial ug immune escape coatings sa orthopedic implants makapakunhod sa mga impeksyon ug mga tubag sa immune tungod sa mga impeksyon.
©2021 American Association for the Advancement of Science.ang tanan nga mga katungod gigahin.Ang AAAS kauban sa HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef ug COUNTER.ScienceAdvances ISSN 2375-2548.