I gleifion sy'n cael llawdriniaeth mewnblaniad orthopedig, mae heintiau bacteriol ac ymatebion imiwn a achosir gan haint bob amser wedi bod yn risgiau sy'n bygwth bywyd.Mae deunyddiau biolegol confensiynol yn agored i halogiad biolegol, sy'n achosi bacteria i oresgyn yr ardal anafedig ac achosi haint ar ôl llawdriniaeth.Felly, mae angen datblygu haenau gwrth-haint a dianc imiwn ar frys ar gyfer mewnblaniadau orthopedig.Yma, rydym wedi datblygu technoleg addasu arwyneb uwch ar gyfer mewnblaniadau orthopedig o'r enw Arwyneb Mewnblaniad Orthopedig iro (LOIS), sy'n cael ei ysbrydoli gan arwyneb llyfn piserau planhigion piser.Mae gan LOIS ymlid hylif parhaol a chryf i amrywiaeth o hylifau a sylweddau biolegol (gan gynnwys celloedd, proteinau, calsiwm a bacteria).Yn ogystal, gwnaethom gadarnhau'r gwydnwch mecanyddol yn erbyn crafiadau a grym gosod trwy efelychu'r difrod anochel yn ystod y llawdriniaeth in vitro.Defnyddiwyd y model torasgwrn femoral ymfflamychol mêr esgyrn cwningen i astudio'n drylwyr allu gwrth-biolegol a gallu gwrth-heintio LOIS.Rydym yn rhagweld bod LOIS, sydd â phriodweddau gwrth-fio-baeddu a gwydnwch mecanyddol, yn gam ymlaen mewn llawdriniaeth orthopedig heb haint.
Heddiw, oherwydd heneiddio cyffredinol, mae nifer y cleifion sy'n dioddef o glefydau orthopedig (fel toriadau esgyrn oedrannus, clefydau dirywiol ar y cyd, ac osteoporosis) wedi cynyddu'n fawr (1, 2).Felly, mae sefydliadau meddygol yn rhoi pwys mawr ar lawdriniaeth orthopedig, gan gynnwys mewnblaniadau orthopedig o sgriwiau, platiau, ewinedd a chymalau artiffisial (3, 4).Fodd bynnag, adroddwyd bod mewnblaniadau orthopedig traddodiadol yn agored i adlyniad bacteriol a ffurfio biofilm, a all achosi haint safle llawfeddygol (SSI) ar ôl llawdriniaeth (5, 6).Unwaith y bydd y biofilm wedi'i ffurfio ar wyneb y mewnblaniad orthopedig, mae tynnu'r biofilm yn dod yn anodd iawn hyd yn oed gyda defnyddio dosau mawr o wrthfiotigau.Felly, mae fel arfer yn arwain at heintiau ôl-lawdriniaethol difrifol (7, 8).Oherwydd y problemau uchod, dylai triniaeth mewnblaniadau heintiedig gynnwys ail-driniaeth, gan gynnwys tynnu'r holl fewnblaniadau a meinweoedd cyfagos;felly, bydd y claf yn dioddef poen difrifol a rhai risgiau (9, 10).
Er mwyn datrys rhai o'r problemau hyn, datblygwyd mewnblaniadau orthopedig eliwtio cyffuriau i atal haint trwy ddileu bacteria sydd ynghlwm wrth yr wyneb (11, 12).Fodd bynnag, mae'r strategaeth yn dal i ddangos nifer o gyfyngiadau.Adroddwyd bod mewnblannu mewnblaniadau eliwtio cyffuriau yn y tymor hir wedi achosi difrod i feinweoedd cyfagos ac wedi achosi llid, a allai arwain at necrosis (13, 14).Yn ogystal, mae angen camau puro ychwanegol ar y toddyddion organig a all fodoli ar ôl y broses weithgynhyrchu o fewnblaniadau orthopedig eliwtio cyffuriau, sy'n cael eu gwahardd yn llym gan Weinyddiaeth Bwyd a Chyffuriau yr Unol Daleithiau, i fodloni ei safonau (15).Mae mewnblaniadau elid cyffuriau yn heriol ar gyfer rhyddhau cyffuriau dan reolaeth, ac oherwydd eu llwyth cyffuriau cyfyngedig, nid yw cymhwyso'r cyffur yn y tymor hir yn ymarferol (16).
Strategaeth gyffredin arall yw gorchuddio'r mewnblaniad â pholymer gwrthffowlio i atal deunydd biolegol a bacteria rhag glynu wrth yr wyneb (17).Er enghraifft, mae polymerau zwitterionic wedi denu sylw oherwydd eu priodweddau nad ydynt yn gludiog pan fyddant mewn cysylltiad â phroteinau plasma, celloedd a bacteria.Fodd bynnag, mae ganddo rai cyfyngiadau yn ymwneud â sefydlogrwydd hirdymor a gwydnwch mecanyddol, sy'n rhwystro ei gymhwyso ymarferol mewn mewnblaniadau orthopedig, yn enwedig oherwydd crafu mecanyddol yn ystod gweithdrefnau llawfeddygol (18, 19).Yn ogystal, oherwydd ei biocompatibility uchel, diffyg angen am lawdriniaeth symud, ac eiddo glanhau wyneb trwy cyrydu, mewnblaniadau orthopedig gwneud o ddeunyddiau bioddiraddadwy wedi cael eu defnyddio (20, 21).Yn ystod cyrydiad, mae'r bondiau cemegol rhwng y matrics polymer yn cael eu torri i lawr a'u gwahanu oddi wrth yr wyneb, ac mae'r ymlynwyr yn glanhau'r wyneb.Fodd bynnag, mae baeddu gwrth-biolegol trwy lanhau arwynebau yn effeithiol mewn cyfnod byr o amser.Yn ogystal, bydd y rhan fwyaf o ddeunyddiau amsugnadwy gan gynnwys poly (copolymer asid lactig-glycolig asid) (PLGA), asid polylactig (PLA) ac aloion magnesiwm yn cael eu bioddiraddio ac erydiad anwastad yn y corff, a fydd yn effeithio'n negyddol ar sefydlogrwydd mecanyddol.(dau ddeg dau).Yn ogystal, mae'r darnau plât bioddiraddadwy yn darparu lle i facteria lynu, sy'n cynyddu'r siawns o haint yn y tymor hir.Mae'r risg hon o ddiraddio mecanyddol a heintiad yn cyfyngu ar gymhwysiad ymarferol llawdriniaeth blastig (23).
Mae arwynebau uwchhydroffobig (SHP) sy'n dynwared strwythur hierarchaidd dail lotws wedi dod yn ateb posibl ar gyfer arwynebau gwrth-baeddu (24, 25).Pan fydd wyneb SHP yn cael ei drochi mewn hylif, bydd swigod aer yn cael eu dal, a thrwy hynny ffurfio pocedi aer ac atal adlyniad bacteriol (26).Fodd bynnag, mae astudiaethau diweddar wedi dangos bod gan yr wyneb SHP anfanteision yn ymwneud â gwydnwch mecanyddol a sefydlogrwydd hirdymor, sy'n rhwystro ei gymhwyso mewn mewnblaniadau meddygol.Ar ben hynny, bydd y pocedi aer yn diddymu ac yn colli eu priodweddau gwrth-baeddu, gan arwain at adlyniad bacteriol ehangach oherwydd arwynebedd arwyneb mawr yr wyneb SHP (27, 28).Yn ddiweddar, cyflwynodd Aizenberg a chydweithwyr ddull arloesol o orchuddio wyneb gwrth-biofowlio trwy ddatblygu arwyneb llyfn wedi'i ysbrydoli gan blanhigyn piser Nepenthes (29, 30).Mae'r arwyneb llyfn yn dangos sefydlogrwydd hirdymor o dan amodau hydrolig, yn hynod hylif ymlid i hylifau biolegol, ac mae ganddo briodweddau hunan-atgyweirio.Fodd bynnag, nid oes unrhyw ddull o roi gorchudd ar fewnblaniad meddygol siâp cymhleth, ac ni phrofwyd ei fod yn cefnogi'r broses o wella meinwe sydd wedi'i niweidio ar ôl ei fewnblannu.
Yma, rydym yn cyflwyno arwyneb mewnblaniad orthopedig wedi'i iro (LOIS), arwyneb mewnblaniad orthopedig micro-strwythuredig / nano-strwythuredig ac wedi'i gyfuno'n dynn â haen iro denau i'w atal rhag bod yn gysylltiedig â llawdriniaeth blastig Heintiau bacteriol, megis gosod torasgwrn.Oherwydd bod y strwythur lefel micro / nano-swyddogaethol fflworin yn gosod yr iraid ar y strwythur yn gadarn, gall y LOIS datblygedig wrthyrru adlyniad hylifau amrywiol yn llawn a chynnal perfformiad gwrth-baeddu am amser hir.Gellir gosod haenau LOIS ar ddeunyddiau o wahanol siapiau a fwriedir ar gyfer synthesis esgyrn.Mae priodweddau gwrth-biofowlio ardderchog LOIS yn erbyn bacteria biofilm [Pseudomonas aeruginosa a Staphylococcus aureus sy'n gwrthsefyll methicillin (MRSA)] a sylweddau biolegol (celloedd, proteinau a chalsiwm) wedi'u cadarnhau in vitro.Mae cyfradd adlyniad adlyniad helaeth i'r swbstrad yn llai nag 1%.Yn ogystal, hyd yn oed ar ôl i straen mecanyddol megis crafu wyneb ddigwydd, mae'r hunan-iachâd a achosir gan yr iraid treiddiol yn helpu i gynnal ei briodweddau gwrth-baeddu.Mae canlyniadau profion gwydnwch mecanyddol yn dangos, hyd yn oed ar ôl addasu strwythurol a chemegol, ni fydd cyfanswm y cryfder yn cael ei leihau'n sylweddol.Yn ogystal, cynhaliwyd arbrawf in vitro sy'n efelychu'r straen mecanyddol yn yr amgylchedd llawfeddygol i brofi y gall LOIS wrthsefyll straen mecanyddol amrywiol sy'n digwydd yn ystod llawdriniaeth blastig.Yn olaf, fe wnaethom ddefnyddio model toriad femoral in vivo wedi'i seilio ar gwningen, a brofodd fod gan LOIS briodweddau gwrthfacterol uwch a biocompatibility.Cadarnhaodd canlyniadau radiolegol a histolegol y gall ymddygiad iraid sefydlog ac eiddo gwrth-biobaeddu o fewn 4 wythnos ar ôl mewnblannu gyflawni perfformiad gwrth-haint a dianc imiwnedd effeithiol heb oedi'r broses iacháu esgyrn.
Mae Ffigur 1A yn dangos diagram sgematig o'r LOIS datblygedig, sy'n cael ei fewnblannu â strwythurau micro/nano-raddfa yn y model torri asgwrn y forddwyd cwningen i gadarnhau ei nodweddion gwrth-biolegol rhagorol o ran baeddu a gwrth-heintio.Defnyddir dull biomimetig i efelychu wyneb planhigyn pot dŵr, ac i atal biobaeddu trwy ymgorffori haen iraid o fewn strwythur micro/nano yr arwyneb.Gall yr arwyneb sy'n cael ei chwistrellu ag iraid leihau'r cyswllt rhwng sylweddau biolegol a'r wyneb.Felly, oherwydd ffurfio bondiau cemegol sefydlog ar yr wyneb, mae ganddo berfformiad gwrthffowlio rhagorol a sefydlogrwydd hirdymor.O ganlyniad, mae priodweddau gwrth-biobaeddu'r arwyneb iro yn caniatáu cymwysiadau ymarferol amrywiol mewn ymchwil biofeddygol.Fodd bynnag, nid yw ymchwil helaeth ar sut mae'r arwyneb arbennig hwn yn rhyngweithio yn y corff wedi'i gwblhau eto.Trwy gymharu LOIS â swbstradau noeth mewn vitro gan ddefnyddio albwmin a bacteria biofilm, gellir cadarnhau nad yw LOIS yn gludiog (Ffigur 1B).Yn ogystal, trwy rolio'r defnynnau dŵr i ffwrdd ar y swbstrad moel ar oleddf a'r swbstrad LOIS (Ffigur S1 a Movie S1), gellir dangos y perfformiad halogiad biolegol.Fel y dangosir yn y ddelwedd microsgop fflworoleuedd, dangosodd y swbstrad agored a ddeorwyd mewn ataliad o brotein a bacteria lawer iawn o ddeunydd biolegol yn glynu wrth yr wyneb.Fodd bynnag, oherwydd ei briodweddau gwrth-fio-baeddu rhagorol, prin y mae LOIS yn dangos unrhyw fflworoleuedd.Er mwyn cadarnhau ei briodweddau gwrth-biobaeddu a gwrth-heintio, cymhwyswyd LOIS i wyneb mewnblaniadau orthopedig ar gyfer synthesis esgyrn (platiau a sgriwiau) a'i osod mewn model torri asgwrn cwningen.Cyn mewnblannu, cafodd y mewnblaniad orthopedig noeth a LOIS eu deor mewn ataliad bacteriol am 12 awr.Mae'r cyn-deoriad yn sicrhau bod biofilm yn cael ei ffurfio ar wyneb y mewnblaniad agored i'w gymharu.Mae Ffigur 1C yn dangos llun o'r safle torri asgwrn 4 wythnos ar ôl y mewnblaniad.Ar y chwith, dangosodd cwningen â mewnblaniad orthopedig noeth lefel ddifrifol o lid oherwydd ffurfio biofilm ar wyneb y mewnblaniad.Gwelwyd y canlyniad arall mewn cwningod a fewnblannwyd â LOIS, hynny yw, nid oedd meinweoedd cyfagos LOIS yn dangos unrhyw arwyddion o haint nac arwyddion llid.Yn ogystal, mae'r ddelwedd optegol ar y chwith yn nodi safle llawfeddygol y gwningen gyda'r mewnblaniad agored, sy'n nodi na chanfuwyd unrhyw gludyddion lluosog yn bresennol ar wyneb y mewnblaniad agored ar wyneb y LOIS.Mae hyn yn dangos bod gan LOIS sefydlogrwydd hirdymor a bod ganddo'r gallu i gynnal ei briodweddau baeddu gwrth-biolegol a gwrth-adlyniad.
(A) Diagram sgematig o LOIS a'i fewnblaniad mewn model torri asgwrn forol cwningen.(B) Delwedd microsgopeg fflworoleuedd o brotein a biofilm bacteriol ar arwyneb noeth a swbstrad LOIS.4 wythnos ar ôl mewnblannu, (C) delwedd ffotograffig o safle'r toriad a (D) delwedd pelydr-X (wedi'i hamlygu gan betryal coch).Delwedd trwy garedigrwydd: Kyomin Chae, Prifysgol Yonsei.
Roedd y cwningod wedi'u diheintio ac wedi'u mewnblannu'n negyddol yn dangos proses iacháu esgyrn arferol heb unrhyw arwyddion o lid na haint.Ar y llaw arall, mae mewnblaniadau SHP a ddeorwyd ymlaen llaw mewn ataliad bacteriol yn dangos llid sy'n gysylltiedig â heintiau ar y meinweoedd cyfagos.Gellir priodoli hyn i'w anallu i atal adlyniad bacteriol am amser hir (Ffigur S2).Er mwyn profi nad yw LOIS yn effeithio ar y broses iacháu, ond ei fod yn atal heintiau posibl sy'n gysylltiedig â mewnblannu, cymharwyd delweddau pelydr-X o'r matrics positif agored a LOIS ar y safle torri asgwrn (Ffigur 1D).Roedd delwedd pelydr-X o'r mewnblaniad positif noeth yn dangos llinellau osteolysis parhaus, gan nodi nad oedd yr asgwrn wedi'i wella'n llwyr.Mae hyn yn awgrymu y gallai'r broses adfer esgyrn gael ei gohirio'n fawr oherwydd llid sy'n gysylltiedig â heintiau.I'r gwrthwyneb, dangosodd fod y cwningod a fewnblannwyd â LOIS wedi gwella ac nad oeddent yn dangos unrhyw safle amlwg o dorri asgwrn.
Er mwyn datblygu mewnblaniadau meddygol gyda sefydlogrwydd ac ymarferoldeb hirdymor (gan gynnwys ymwrthedd i fio-baeddu), gwnaed llawer o ymdrechion.Fodd bynnag, mae presenoldeb sylweddau biolegol amrywiol a dynameg adlyniad meinwe yn cyfyngu ar ddatblygiad eu dulliau clinigol dibynadwy.Er mwyn goresgyn y diffygion hyn, rydym wedi datblygu strwythur haenog micro / nano ac arwyneb wedi'i addasu'n gemegol, sy'n cael ei optimeiddio oherwydd grym capilari uchel ac affinedd cemegol i gadw'r iraid llyfnaf i'r graddau mwyaf.Mae Ffigur 2A yn dangos proses weithgynhyrchu gyffredinol LOIS.Yn gyntaf, paratowch swbstrad dur di-staen gradd feddygol (SS) 304.Yn ail, mae'r strwythur micro / nano yn cael ei ffurfio ar y swbstrad SS trwy ysgythru cemegol gan ddefnyddio hydoddiant asid hydrofluorig (HF).Er mwyn adfer ymwrthedd cyrydiad SS, defnyddir hydoddiant asid nitrig (HNO3) (31) i brosesu'r swbstrad ysgythru.Mae passivation yn gwella ymwrthedd cyrydiad y swbstrad SS ac yn arafu'n sylweddol y broses cyrydu a allai leihau perfformiad cyffredinol LOIS.Yna, trwy ffurfio monolayer hunan-ymgynnull (SAM) gyda 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyltriethoxysilane (POTS), mae'r wyneb yn cael ei addasu'n gemegol i wella'r rhyngweithio cemegol rhwng yr wyneb a'r iraid llyfn Affinity.Mae'r addasiad arwyneb yn lleihau'n sylweddol egni arwyneb yr arwyneb strwythuredig micro / nano-raddfa, sy'n cyfateb i egni arwyneb yr iraid llyfn.Mae hyn yn caniatáu i'r iraid gael ei wlychu'n llwyr, a thrwy hynny ffurfio haen iraid sefydlog ar yr wyneb.Mae'r arwyneb wedi'i addasu yn dangos hydroffobig gwell.Mae'r canlyniadau'n dangos bod yr iraid llithrig yn arddangos ymddygiad sefydlog ar LOIS oherwydd yr affinedd cemegol uchel a'r grym capilari a achosir gan y strwythur micro/nano (32, 33).Astudiwyd y newidiadau optegol ar wyneb SS ar ôl addasu'r wyneb a chwistrellu iraid.Gall y strwythur haenog micro/nano a ffurfiwyd ar yr wyneb achosi newidiadau gweledol a thywyllu'r wyneb.Priodolir y ffenomen hon i'r effaith gwasgaru golau uwch ar yr arwyneb garw, sy'n cynyddu'r adlewyrchiad gwasgaredig a achosir gan y mecanwaith dal golau (34).Yn ogystal, ar ôl i'r iraid gael ei chwistrellu, mae'r LOIS yn mynd yn dywyllach.Mae'r haen iro yn achosi i lai o olau gael ei adlewyrchu o'r swbstrad, a thrwy hynny dywyllu'r LOIS.Er mwyn gwneud y gorau o'r microstrwythur / nanostrwythur i ddangos yr ongl llithro leiaf (SA) i gyflawni perfformiad gwrth-biobaeddu, defnyddiwyd microsgopeg sganio electron (SEM) a pharau atomig i berfformio gwahanol amseroedd ysgythru HF (0, 3)., 15 a 60 munud) Microsgop Grym (AFM) (Ffigur 2B).Mae delweddau SEM ac AFM yn dangos, ar ôl cyfnod byr o ysgythru (3 munud o ysgythru), bod y swbstrad noeth wedi ffurfio garwedd nano-raddfa anwastad.Mae'r garwedd arwyneb yn newid gyda'r amser ysgythru (Ffigur S3).Mae'r gromlin sy'n amrywio o ran amser yn dangos bod y garwedd arwyneb yn parhau i gynyddu ac yn cyrraedd uchafbwynt ar 15 munud o ysgythru, ac yna dim ond gostyngiad bach mewn gwerth garwedd a welir ar 30 munud o ysgythru.Ar y pwynt hwn, mae'r garwedd nano-lefel yn cael ei ysgythru, tra bod y garwedd micro-lefel yn datblygu'n egnïol, gan wneud y newid garwedd yn fwy sefydlog.Ar ôl ysgythru am fwy na 30 munud, gwelir cynnydd pellach mewn garwedd, a eglurir yn fanwl fel a ganlyn: Mae SS yn cynnwys dur, wedi'i aloi ag elfennau gan gynnwys haearn, cromiwm, nicel, molybdenwm a llawer o elfennau eraill.Ymhlith yr elfennau hyn, mae haearn, cromiwm a molybdenwm yn chwarae rhan bwysig wrth ffurfio garwedd micron / nano-raddfa ar yr SS trwy ysgythru HF.Yn ystod camau cynnar cyrydiad, mae haearn a chromiwm yn cael eu cyrydu'n bennaf oherwydd bod gan folybdenwm ymwrthedd cyrydiad uwch na molybdenwm.Wrth i'r ysgythru fynd yn ei flaen, mae'r hydoddiant ysgythru yn cyrraedd gor-dirlawnder lleol, gan ffurfio fflworidau ac ocsidau a achosir gan ysgythru.Mae fflworid ac ocsid yn gwaddodi ac yn y pen draw yn ail- adneuo ar yr wyneb, gan ffurfio garwedd arwyneb yn yr ystod micron / nano (31).Mae'r garwedd micro/nano-lefel hwn yn chwarae rhan bwysig ym mhhriodweddau hunan-iachau LOIS.Mae'r wyneb graddfa ddeuol yn cynhyrchu effaith synergistig, gan gynyddu'r grym capilari yn fawr.Mae'r ffenomen hon yn caniatáu i'r iraid dreiddio i'r wyneb yn sefydlog ac yn cyfrannu at briodweddau hunan-iachau (35).Mae ffurfio garwedd yn dibynnu ar yr amser ysgythru.O dan 10 munud o ysgythru, mae'r arwyneb yn cynnwys garwedd nano-raddfa yn unig, nad yw'n ddigon i ddal digon o iraid i gael ymwrthedd biobaeddu (36).Ar y llaw arall, os yw'r amser ysgythru yn fwy na 30 munud, bydd y garwedd nano-raddfa a ffurfiwyd gan ail-leoli haearn a chromiwm yn diflannu, a dim ond y garwedd micro-raddfa fydd yn parhau oherwydd molybdenwm.Nid oes gan yr arwyneb gor-ysgythru garwedd nano-raddfa ac mae'n colli effaith synergaidd garwedd dau gam, sy'n effeithio'n negyddol ar nodweddion hunan-iachau LOIS.Perfformiwyd mesuriadau SA ar swbstradau gyda gwahanol amseroedd ysgythru i brofi perfformiad gwrth-baeddu.Dewiswyd gwahanol fathau o hylifau yn seiliedig ar gludedd ac egni arwyneb, gan gynnwys dŵr wedi'i ddadïoneiddio (DI), gwaed, ethylene glycol (EG), ethanol (EtOH) a hecsadecane (HD) (Ffigur S4).Mae'r patrwm ysgythru sy'n amrywio o ran amser yn dangos, ar gyfer hylifau amrywiol â gwahanol egni a gludedd arwyneb, mai SA LOIS ar ôl 15 munud o ysgythru yw'r isaf.Felly, mae LOIS wedi'i optimeiddio i ysgythru am 15 munud i ffurfio garwedd micron a nano-raddfa, sy'n addas ar gyfer cynnal gwydnwch yr iraid yn effeithiol ac eiddo gwrth-baeddu rhagorol.
(A) Diagram sgematig o broses weithgynhyrchu pedwar cam LOIS.Mae'r mewnosodiad yn dangos y SAM a ffurfiwyd ar y swbstrad.(B) Delweddau SEM ac AFM, a ddefnyddir i wneud y gorau o strwythur micro/nano'r swbstrad o dan wahanol amseroedd ysgythru.sbectra ffotoelectron pelydr-X (XPS) sbectra o (C) Cr2p a (D) F1s ar ôl passivation arwyneb a gorchuddio SAM.au, uned fympwyol.(E) Delweddau cynrychioliadol o ddefnynnau dŵr ar swbstradau moel, ysgythru, SHP a LOIS.(F) Yr ongl gyswllt (CA) a mesuriad SA o hylifau gyda gwahanol densiynau arwyneb ar SHP a LOIS.Mynegir data fel cymedr ± DC.
Yna, er mwyn cadarnhau'r newid yn eiddo cemegol yr arwyneb, defnyddiwyd sbectrosgopeg ffotoelectron pelydr-X (XPS) i astudio'r newid yng nghyfansoddiad cemegol wyneb y swbstrad ar ôl pob cotio arwyneb.Mae Ffigur 2C yn dangos canlyniadau mesur XPS yr arwyneb ysgythru HF a'r arwyneb wedi'i drin â HNO 3.Gellir priodoli'r ddau brif gopa yn 587.3 a 577.7 eV i'r bond Cr-O sy'n bodoli yn yr haen cromiwm ocsid, sef y prif wahaniaeth o'r wyneb ysgythru HF.Mae hyn yn bennaf oherwydd y defnydd o haearn a chromiwm fflworid ar yr wyneb gan HNO3.Mae'r ysgythriad sy'n seiliedig ar HNO3 yn caniatáu i gromiwm ffurfio haen ocsid goddefol ar yr wyneb, sy'n gwneud i'r SS ysgythru eto wrthsefyll cyrydiad.Yn Ffigur 2D, cafwyd sbectra XPS i gadarnhau bod silane seiliedig ar fflworocarbon wedi'i ffurfio ar yr wyneb ar ôl y cotio SAM, sydd ag ymlid hylif hynod o uchel hyd yn oed ar gyfer EG, gwaed ac EtOH.Mae'r cotio SAM yn cael ei gwblhau trwy adweithio grwpiau swyddogaethol silane gyda grwpiau hydrocsyl a ffurfiwyd gan driniaeth plasma.O ganlyniad, gwelwyd cynnydd sylweddol mewn brigau CF2 a CF3.Mae'r egni rhwymol rhwng 286 a 296 eV yn dangos bod yr addasiad cemegol wedi'i gwblhau'n llwyddiannus gan y cotio SAM.Mae SHP yn dangos copaon cymharol fawr CF2 (290.1 ​​eV) a CF3 (293.3 eV), sy'n cael eu hachosi gan y silane sy'n seiliedig ar fflworocarbon a ffurfiwyd ar yr wyneb.Mae Ffigur 2E yn dangos delweddau optegol cynrychioliadol o fesuriadau ongl gyswllt (CA) ar gyfer gwahanol grwpiau o ddŵr wedi'i ddadïoneiddio mewn cysylltiad â noeth, ysgythru, SHP, a LOIS.Mae'r delweddau hyn yn dangos bod yr arwyneb ysgythru yn dod yn hydroffilig oherwydd y strwythur micro/nano a ffurfiwyd gan ysgythru cemegol fel bod dŵr wedi'i ddad-ïoneiddio yn cael ei amsugno i'r strwythur.Fodd bynnag, pan fydd y swbstrad wedi'i orchuddio â SAM, mae'r swbstrad yn arddangos ymlid dŵr cryf, felly mae SHP arwyneb yn cael ei ffurfio ac mae'r ardal gyswllt rhwng dŵr a'r wyneb yn fach.Yn olaf, gwelwyd gostyngiad mewn CA yn LOIS, y gellir ei briodoli i dreiddiad iraid i'r microstrwythur, a thrwy hynny gynyddu'r ardal gyswllt.Er mwyn profi bod gan yr wyneb eiddo ymlid hylif ardderchog ac anlynol, cymharwyd y LOIS â'r swbstrad SHP trwy fesur CA a SA gan ddefnyddio hylifau amrywiol (Ffigur 2F).Dewiswyd gwahanol fathau o hylifau yn seiliedig ar gludedd ac egni arwyneb, gan gynnwys dŵr wedi'i ddadïoneiddio, gwaed, EG, EtOH a HD (Ffigur S4).Mae canlyniadau mesur CA yn dangos, pan fydd CA yn tueddu i HD, mae gwerth lleihau CA, lle mae gan CA yr egni arwyneb isaf.Yn ogystal, mae LOIS y CA cyffredinol yn isel.Fodd bynnag, mae'r mesuriad SA yn dangos ffenomen hollol wahanol.Ac eithrio'r dŵr ïoneiddiedig, mae pob hylif yn cadw at y swbstrad SHP heb lithro i ffwrdd.Ar y llaw arall, mae LOIS yn dangos SA isel iawn, lle pan fydd yr holl hylif yn gogwyddo ar ongl is na 10 ° i 15 °, bydd yr holl hylif yn rholio i ffwrdd.Mae hyn yn dangos yn gryf bod diffyg adlyniad LOIS yn well nag arwyneb SHP.Yn ogystal, mae haenau LOIS hefyd yn cael eu cymhwyso i wahanol fathau o ddeunyddiau, gan gynnwys titaniwm (Ti), polyphenylsulfone (PPSU), polyoxymethylene (POM), polyether ether ketone (PEEK) a pholymerau bioamsugnadwy (PLGA), Maent yn ddeunyddiau orthopedig y gellir eu mewnblannu (Ffigur S5)).Mae'r delweddau dilyniannol o'r defnynnau ar y deunydd a driniwyd gan LOIS yn dangos bod priodweddau gwrth-biobaeddu LOIS yr un peth ar bob swbstrad.Yn ogystal, mae canlyniadau mesur CA a SA yn dangos y gellir cymhwyso priodweddau nad ydynt yn gludiog LOIS i ddeunyddiau eraill.
Er mwyn cadarnhau priodweddau gwrth-baeddu LOIS, cafodd gwahanol fathau o swbstradau (gan gynnwys noeth, ysgythru, SHP a LOIS) eu deor â Pseudomonas aeruginosa ac MRSA.Dewiswyd y ddau facteria hyn fel bacteria ysbyty cynrychioliadol, a all arwain at ffurfio bioffilmiau, gan arwain at SSI (37).Mae Ffigur 3 (A a B) yn dangos y delweddau microsgop fflworoleuedd a chanlyniadau mesur uned ffurfio cytref (CFU) y swbstradau a ddeorwyd yn yr ataliad bacteriol am dymor byr (12 awr) a hirdymor (72 awr), yn y drefn honno.Mewn cyfnod byr o amser, bydd bacteria yn ffurfio clystyrau ac yn tyfu mewn maint, gan orchuddio eu hunain â sylweddau tebyg i fwcws ac atal eu symud.Fodd bynnag, yn ystod y cyfnod magu 72 awr, bydd y bacteria yn aeddfedu ac yn dod yn hawdd i'w wasgaru i ffurfio mwy o gytrefi neu glystyrau.Felly, gellir ystyried bod deori 72 awr yn hirdymor a dyma'r amser deori priodol i ffurfio biofilm cryf ar yr wyneb (38).Mewn cyfnod byr o amser, roedd wyneb ysgythru ac arwyneb y SHP yn arddangos adlyniad bacteriol, a ostyngwyd tua 25% i 50% o'i gymharu â'r swbstrad noeth.Fodd bynnag, oherwydd ei berfformiad gwrth-biofowlio rhagorol a'i sefydlogrwydd, ni ddangosodd LOIS adlyniad biofilm bacteriol yn y tymor byr a'r hirdymor.Mae'r diagram sgematig (Ffigur 3C) yn disgrifio'r esboniad o fecanwaith baeddu gwrth-fiolegol yr hydoddiant ysgythru, SHP a LOIS.Y rhagdybiaeth yw y bydd gan y swbstrad ysgythru â phriodweddau hydroffilig arwynebedd arwyneb mwy na'r swbstrad noeth.Felly, bydd mwy o adlyniad bacteriol yn digwydd ar y swbstrad ysgythru.Fodd bynnag, o'i gymharu â'r swbstrad noeth, mae gan yr is-haen ysgythru gryn dipyn yn llai o fiofilm wedi'i ffurfio ar yr wyneb.Mae hyn oherwydd bod moleciwlau dŵr yn rhwymo'n gadarn i'r wyneb hydroffilig ac yn gweithredu fel iraid ar gyfer dŵr, gan ymyrryd ag adlyniad bacteria yn y tymor byr (39).Fodd bynnag, mae haen y moleciwlau dŵr yn denau iawn ac yn hydawdd mewn ataliadau bacteriol.Felly, mae'r haen moleciwlaidd dŵr yn diflannu am amser hir, gan arwain at adlyniad ac amlhau bacteriol helaeth.Ar gyfer SHP, oherwydd ei briodweddau tymor byr nad yw'n gwlychu, mae adlyniad bacteriol yn cael ei atal.Gellir priodoli'r adlyniad bacteriol llai i bocedi aer sydd wedi'u dal yn y strwythur haenog ac egni arwyneb is, a thrwy hynny leihau'r cyswllt rhwng yr ataliad bacteriol a'r wyneb.Fodd bynnag, gwelwyd adlyniad bacteriol helaeth yn SHP oherwydd iddo golli ei briodweddau gwrth-baeddu am amser hir.Mae hyn yn bennaf oherwydd diflaniad pocedi aer oherwydd pwysau hydrostatig a diddymiad aer mewn dŵr.Mae hyn yn bennaf oherwydd diflaniad pocedi aer oherwydd diddymiad a'r strwythur haenog sy'n darparu arwynebedd arwyneb mwy ar gyfer adlyniad (27, 40).Yn wahanol i'r ddau swbstrad hyn sy'n cael effaith bwysig ar sefydlogrwydd hirdymor, mae'r iraid iro a gynhwysir yn LOIS yn cael ei chwistrellu i'r strwythur micro / nano ac ni fydd yn diflannu hyd yn oed yn y tymor hir.Mae ireidiau wedi'u llenwi â strwythurau micro / nano yn sefydlog iawn ac yn cael eu denu'n gryf i'r wyneb oherwydd eu haffinedd cemegol uchel, a thrwy hynny atal adlyniad bacteriol am amser hir.Mae Ffigur S6 yn dangos delwedd microsgop confocal adlewyrchiad o swbstrad wedi'i drwytho ag iraid wedi'i drochi mewn halwynog wedi'i glustogi â ffosffad (PBS).Mae delweddau parhaus yn dangos, hyd yn oed ar ôl 120 awr o ysgwyd bach (120 rpm), nid yw'r haen iraid ar y LOIS wedi newid, gan nodi sefydlogrwydd hirdymor o dan amodau llif.Mae hyn oherwydd yr affinedd cemegol uchel rhwng y cotio SAM sy'n seiliedig ar fflworin a'r iraid sy'n seiliedig ar berfflworocarbon, fel y gellir ffurfio haen iraid sefydlog.Felly, mae'r perfformiad gwrth-baeddu yn cael ei gynnal.Yn ogystal, profwyd y swbstrad yn erbyn proteinau cynrychioliadol (albwmin a ffibrinogen), sydd mewn plasma, celloedd â chysylltiad agos â swyddogaeth imiwnedd (macrophages a ffibroblasts), a'r rhai sy'n ymwneud â ffurfio esgyrn.Mae cynnwys calsiwm yn uchel iawn.(Ffigur 3D, 1 a 2, a Ffigur S7) (41, 42).Yn ogystal, dangosodd delweddau microsgop fflworoleuedd y prawf adlyniad ar gyfer ffibrinogen, albwmin a chalsiwm nodweddion adlyniad gwahanol pob grŵp swbstrad (Ffigur S8).Yn ystod ffurfio esgyrn, gall haenau asgwrn a chalsiwm newydd eu ffurfio amgylchynu'r mewnblaniad orthopedig, sydd nid yn unig yn ei gwneud yn anodd ei dynnu, ond a allai hefyd achosi niwed annisgwyl i'r claf yn ystod y broses dynnu.Felly, mae lefelau isel o ddyddodion calsiwm ar blatiau esgyrn a sgriwiau yn fuddiol ar gyfer llawdriniaeth orthopedig sy'n gofyn am dynnu mewnblaniad.Yn seiliedig ar feintoli'r ardal atodedig yn seiliedig ar ddwysedd fflworoleuedd a'r cyfrif celloedd, cadarnhawyd bod LOIS yn dangos priodweddau gwrth-biobaeddu rhagorol ar gyfer pob sylwedd biolegol o'i gymharu â swbstradau eraill.Yn ôl canlyniadau arbrofion in vitro, gellir cymhwyso'r LOIS baeddu gwrth-fiolegol i fewnblaniadau orthopedig, a all nid yn unig atal heintiau a achosir gan facteria biofilm, ond hefyd leihau llid a achosir gan system imiwnedd weithredol y corff.
(A) Delweddau microsgop fflworoleuedd o bob grŵp (noeth, ysgythru, SHP a LOIS) wedi'u deor mewn ataliadau Pseudomonas aeruginosa ac MRSA am 12 a 72 awr.(B) Nifer y CFU ymlynol o Pseudomonas aeruginosa ac MRSA ar wyneb pob grŵp.(C) Diagram sgematig o'r mecanwaith baeddu gwrth-fiolegol o ysgythru tymor byr a hirdymor, SHP a LOIS.(D) (1) Roedd nifer y ffibroblastau yn glynu wrth bob swbstrad a delweddau microsgop fflworoleuedd o'r celloedd yn glynu wrth y noeth a'r LOIS.(2) Prawf adlyniad o broteinau sy'n gysylltiedig ag imiwnedd, albwmin a chalsiwm sy'n ymwneud â'r broses iachau esgyrn (* P <0.05, ** P <0.01, *** P <0.001 a ****P <0.0001).ns, ddim yn bwysig.
Yn achos straen dwys na ellir ei osgoi, gwydnwch mecanyddol bob amser fu'r brif her ar gyfer gosod haenau gwrthffowlio.Mae dulliau gel gwrth-garthion traddodiadol yn seiliedig ar bolymerau sydd â hydoddedd dŵr isel a breuder.Felly, maent fel arfer yn agored i straen mecanyddol mewn cymwysiadau biofeddygol.Felly, mae haenau gwrthffowlio sy'n wydn yn fecanyddol yn parhau i fod yn her ar gyfer cymwysiadau fel mewnblaniadau orthopedig (43, 44).Mae Ffigur 4A(1) yn dangos y ddau brif fath o straen a roddir ar fewnblaniadau orthopedig, gan gynnwys crafu (straen cneifio) a chywasgu delwedd optegol y mewnblaniad difrodi a gynhyrchir gan y gefeiliau.Er enghraifft, pan fydd y sgriw yn cael ei dynhau gyda sgriwdreifer, neu pan fydd y llawfeddyg yn dal y plât asgwrn yn dynn gyda phliciwr ac yn cymhwyso grym cywasgol, bydd y plât asgwrn plastig yn cael ei niweidio a'i grafu ar y graddfeydd macro a micro / nano (Ffigur 4A, 2).Er mwyn profi a all y LOIS a weithgynhyrchir wrthsefyll yr iawndal hyn yn ystod llawdriniaeth blastig, perfformiwyd nanodentation i gymharu caledwch y swbstrad noeth a'r LOIS ar y raddfa micro / nano i astudio priodweddau mecanyddol y strwythur micro / nano Effaith (Ffigur 4B).Mae'r diagram sgematig yn dangos ymddygiad anffurfio gwahanol LOIS oherwydd presenoldeb strwythurau micro/nano.Lluniwyd cromlin dadleoli grym yn seiliedig ar ganlyniadau nanodentiad (Ffigur 4C).Mae'r ddelwedd las yn cynrychioli'r swbstrad noeth, sy'n dangos anffurfiad bach yn unig, fel y gwelir gan y dyfnder mewnoliad uchaf o 0.26-μm.Ar y llaw arall, gall y cynnydd graddol mewn grym nanoindentation a dadleoli a welwyd yn LOIS (cromlin goch) ddangos arwyddion o eiddo mecanyddol llai, gan arwain at ddyfnder nanoindentation o 1.61μm.Mae hyn oherwydd bod y strwythur micro/nano sy'n bresennol yn y LOIS yn darparu gofod dyrchafiad dyfnach ar gyfer blaen y nanoindenter, felly mae ei anffurfiad yn fwy na'r is-haen noeth.Mae Konsta-Gdoutos et al.(45) yn credu, oherwydd presenoldeb nanostrwythurau, bod nanoindentation a garwedd micro/nano yn arwain at gromliniau nanoindentation afreolaidd.Mae'r ardal gysgodol yn cyfateb i'r gromlin anffurfiad afreolaidd a briodolir i'r nanostructure, tra bod yr ardal heb ei gysgodi yn cael ei briodoli i'r microstrwythur.Gall yr anffurfiad hwn niweidio microstrwythur / nanostrwythur yr iraid dal ac effeithio'n negyddol ar ei berfformiad gwrth-baeddu.Er mwyn astudio effaith difrod ar LOIS, cafodd difrod anochel i strwythurau micro/nano ei ailadrodd yn y corff yn ystod llawdriniaeth blastig.Trwy ddefnyddio profion adlyniad gwaed a phrotein, gellir pennu sefydlogrwydd priodweddau gwrth-biobaeddu LOIS ar ôl in vitro (Ffigur 4D).Mae cyfres o ddelweddau optegol yn dangos y difrod a ddigwyddodd ger tyllau pob swbstrad.Perfformiwyd prawf adlyniad gwaed i ddangos effaith difrod mecanyddol ar y gorchudd gwrth-biobaeddu (Ffigur 4E).Fel SHP, mae'r eiddo gwrth-baeddu yn cael ei golli oherwydd difrod, ac mae LOIS yn arddangos eiddo gwrth-baeddu rhagorol trwy wrthyrru gwaed.Mae hyn oherwydd, oherwydd bod yr egni arwyneb yn cael ei yrru gan y weithred capilari sy'n gorchuddio'r ardal ddifrodi, mae'r llif yn yr iraid iro microstrwythuredig yn adfer yr eiddo gwrth-baeddu (35).Gwelwyd yr un duedd yn y prawf adlyniad protein gan ddefnyddio albwmin.Yn yr ardal sydd wedi'i difrodi, mae adlyniad protein ar wyneb SHP yn cael ei arsylwi'n eang, a thrwy fesur ei gwmpas ardal, gellir ei fesur fel hanner lefel adlyniad y swbstrad noeth.Ar y llaw arall, cynhaliodd LOIS ei briodweddau gwrth-biobaeddu heb achosi adlyniad (Ffigur 4, F a G).Yn ogystal, mae wyneb y sgriw yn aml yn destun straen mecanyddol cryf, megis drilio, felly fe wnaethom astudio gallu'r cotio LOIS i aros yn gyfan ar y sgriw in vitro.Mae Ffigur 4H yn dangos delweddau optegol o wahanol sgriwiau, gan gynnwys noeth, SHP a LOIS.Mae'r petryal coch yn cynrychioli'r ardal darged lle mae straen mecanyddol cryf yn digwydd yn ystod mewnblannu esgyrn.Yn debyg i brawf adlyniad protein y plât, defnyddir microsgop fflworoleuedd i ddelweddu'r adlyniad protein a mesur yr ardal ddarlledu i brofi uniondeb y cotio LOIS, hyd yn oed o dan straen mecanyddol cryf (Ffigur 4, I a J).Mae'r sgriwiau wedi'u trin â LOIS yn arddangos perfformiad gwrth-baeddu rhagorol, ac nid oes bron unrhyw brotein yn glynu wrth yr wyneb.Ar y llaw arall, gwelwyd adlyniad protein mewn sgriwiau noeth a sgriwiau SHP, lle roedd cwmpas arwynebedd sgriwiau SHP yn draean o gwmpas sgriwiau noeth.Yn ogystal, rhaid i'r mewnblaniad orthopedig a ddefnyddir ar gyfer gosodiad fod yn fecanyddol gryf i wrthsefyll y straen a roddir ar y safle torri asgwrn, fel y dangosir yn Ffigur 4K.Felly, perfformiwyd prawf plygu i bennu effaith addasu cemegol ar briodweddau mecanyddol.Yn ogystal, gwneir hyn i gynnal y straen sefydlog o'r mewnblaniad.Defnyddiwch rym mecanyddol fertigol nes bod y mewnblaniad wedi'i blygu'n llawn a chael cromlin straen-straen (Ffigur 4L, 1).Cymharwyd dau briodwedd gan gynnwys modwlws Young a chryfder hyblyg rhwng swbstradau noeth a LOIS fel dangosyddion o'u cryfder mecanyddol (Ffigur 4L, 2 a 3).Mae modwlws Young yn dynodi gallu defnydd i wrthsefyll newidiadau mecanyddol.Modwlws Young pob swbstrad yw 41.48 ± 1.01 a 40.06 ± 0.96 GPa, yn y drefn honno;mae'r gwahaniaeth a arsylwyd tua 3.4%.Yn ogystal, adroddir bod y cryfder plygu, sy'n pennu caledwch y deunydd, yn 102.34 ± 1.51 GPa ar gyfer y swbstrad noeth a 96.99 ± 0.86 GPa ar gyfer SHP.Mae'r swbstrad noeth tua 5.3% yn uwch.Gall y gostyngiad bach mewn priodweddau mecanyddol gael ei achosi gan yr effaith rhicyn.Yn yr effaith hicyn, gall y garwedd micro / nano weithredu fel set o riciau, gan arwain at grynodiad straen lleol ac effeithio ar briodweddau mecanyddol y mewnblaniad (46).Fodd bynnag, yn seiliedig ar y ffaith yr adroddir bod anystwythder asgwrn cortigol dynol rhwng 7.4 a 31.6 GPa, ac mae'r modwlws LOIS wedi'i fesur yn fwy na'r asgwrn cortigol dynol (47), mae'r LOIS yn ddigonol i gefnogi'r toriad a'i gyffredinol Y priodweddau mecanyddol yn cael eu heffeithio leiaf gan addasu wyneb.
(A) Diagram sgematig o (1) y straen mecanyddol a roddir ar y mewnblaniad orthopedig yn ystod y llawdriniaeth, a (2) delwedd optegol y mewnblaniad orthopedig sydd wedi'i ddifrodi.(B) Diagram sgematig o briodweddau nano-fecanyddol mesur yn ôl nanoindentation a LOIS ar yr wyneb noeth.(C) Nanoindentation grym-dadleoli cromlin o wyneb moel a LOIS.(D) Ar ôl arbrofion in vitro, efelychwch y delweddau optegol o wahanol fathau o blatiau orthopedig (amlygir yr ardal sydd wedi'i difrodi â phetryal coch) i efelychu'r straen mecanyddol a achosir yn ystod y llawdriniaeth.(E) Prawf adlyniad gwaed a (F) prawf adlyniad protein o'r grŵp plât orthopedig sydd wedi'i ddifrodi.(G) Mesur arwynebedd cwmpas y protein sy'n glynu wrth y plât.(H) Delweddau optegol o wahanol fathau o sgriwiau orthopedig ar ôl yr arbrawf in vitro.(I) Prawf adlyniad protein i astudio cywirdeb gwahanol haenau.(J) Mesurwch arwynebedd cwmpas y protein sy'n glynu wrth y sgriw.(K) Bwriad symudiad y gwningen yw creu straen sefydlog ar yr asgwrn sydd wedi torri.(L) (1) Canlyniadau profion plygu a delweddau optegol cyn ac ar ôl plygu.Y gwahaniaeth mewn (2) modwlws Young a (3) cryfder plygu rhwng mewnblaniad noeth a SHP.Mynegir data fel cymedr ± SD (*P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001 a ****P<0.0001).Delwedd trwy garedigrwydd: Kyomin Chae, Prifysgol Yonsei.
Mewn sefyllfaoedd clinigol, daw'r rhan fwyaf o gyswllt bacteriol â deunyddiau biolegol a safleoedd clwyfau o fiofilmiau aeddfed, aeddfed (48).Felly, mae Canolfannau Rheoli ac Atal Clefydau yr Unol Daleithiau yn amcangyfrif bod 65% o'r holl heintiau dynol yn gysylltiedig â bioffilmiau (49).Yn yr achos hwn, mae angen darparu dyluniad arbrofol in vivo sy'n darparu ffurfiad biofilm cyson ar wyneb y mewnblaniad.Felly, datblygwyd model torasgwrn femoral cwningen gennym lle cafodd mewnblaniadau orthopedig eu deor ymlaen llaw mewn ataliad bacteriol ac yna eu mewnblannu mewn ffemyriaid cwningen i astudio priodweddau gwrth-baeddu LOIS in vivo.Oherwydd y tair ffaith bwysig a ganlyn, cyn-ddiwylliant yn hytrach na chwistrelliad uniongyrchol o ataliadau bacteriol sy'n achosi heintiadau bacteriol: (i) Mae system imiwnedd cwningod yn naturiol yn gryfach na system ddynol;felly, mae chwistrelliad o ataliadau bacteriol a bacteria planctonig yn bosibl Nid oes ganddo unrhyw effaith ar ffurfio biofilms.(Ii) Mae bacteria planctonig yn fwy agored i wrthfiotigau, a defnyddir gwrthfiotigau fel arfer ar ôl llawdriniaeth;yn olaf, (iii) gall hylifau corff yr anifail wanhau'r hongiad bacteria planctonig (50).Trwy rag-ddiwyllio'r mewnblaniad mewn ataliad bacteriol cyn ei fewnblannu, gallwn astudio'n drylwyr effeithiau niweidiol haint bacteriol ac adwaith corff tramor (FBR) ar y broses iachau esgyrn.Aberthwyd y cwningod 4 wythnos ar ôl eu mewnblannu, oherwydd bydd yr osseointegration sy'n hanfodol ar gyfer y broses gwella esgyrn yn cael ei gwblhau o fewn 4 wythnos.Yna, tynnwyd y mewnblaniadau o'r cwningod ar gyfer astudiaethau i lawr yr afon.Mae Ffigur 5A yn dangos mecanwaith amlhau bacteria.Mae'r mewnblaniad orthopedig heintiedig yn cael ei gyflwyno i'r corff.O ganlyniad i gyn-deoriad mewn daliant bacteriol, cafodd chwech o'r chwe chwningen a fewnblannwyd â mewnblaniadau noeth eu heintio, ac nid oedd yr un o'r cwningod a fewnblannwyd â mewnblaniadau wedi'u trin â LOIS wedi'u heintio.Mae heintiau bacteriol yn mynd rhagddynt mewn tri cham, gan gynnwys twf, aeddfedu a gwasgariad (51).Yn gyntaf, mae'r bacteria sydd ynghlwm yn atgynhyrchu ac yn tyfu ar yr wyneb, ac yna mae'r bacteria'n ffurfio biofilm pan fyddant yn ysgarthu polymer allgellog (EPS), amyloid a DNA allgellog.Mae biofilm nid yn unig yn ymyrryd â threiddiad gwrthfiotigau, ond hefyd yn hyrwyddo cronni ensymau diraddiol gwrthfiotig (fel β-lactamase) (52).Yn olaf, mae'r biofilm yn lledaenu'r bacteria aeddfed i'r meinweoedd cyfagos.Felly, mae haint yn digwydd.Yn ogystal, pan fydd corff tramor yn mynd i mewn i'r corff, gall haint a all achosi ymateb imiwn cryf achosi llid difrifol, poen, a llai o imiwnedd.Mae Ffigur 5B yn rhoi trosolwg o'r FBR a achosir gan fewnblaniad orthopedig, yn hytrach na'r ymateb imiwn a achosir gan haint bacteriol.Mae'r system imiwnedd yn cydnabod y mewnblaniad a fewnosodwyd fel corff tramor, ac yna'n achosi i'r celloedd a'r meinweoedd adweithio i grynhoi'r corff tramor (53).Yn nyddiau cynnar FBR, ffurfiwyd matrics cyflenwi ar wyneb mewnblaniadau orthopedig, a arweiniodd at arsugniad ffibrinogen.Yna mae'r ffibrinogen adsorbed yn ffurfio rhwydwaith ffibrin trwchus iawn, sy'n hyrwyddo ymlyniad leukocytes (54).Unwaith y bydd y rhwydwaith ffibrin wedi'i ffurfio, bydd llid acíwt yn digwydd oherwydd ymdreiddiad neutrophils.Yn y cam hwn, mae amrywiaeth o cytocinau fel ffactor necrosis tiwmor-α (TNF-α), interleukin-4 (IL-4) ac IL-β yn cael eu rhyddhau, ac mae monocytau yn dechrau ymdreiddio i'r safle mewnblannu a gwahaniaethu i gelloedd anferth.Phage (41, 55, 56).Mae lleihau FBR bob amser wedi bod yn her oherwydd gall FBR gormodol achosi llid acíwt a chronig, a all arwain at gymhlethdodau angheuol.Er mwyn asesu effaith heintiau bacteriol yn y meinweoedd o amgylch y mewnblaniad noeth a LOIS, defnyddiwyd staen hematocsilin ac eosin (H&E) a Masson trichrome (MT).Ar gyfer cwningod a fewnblannwyd â swbstradau noeth, datblygodd heintiau bacteriol difrifol, ac roedd sleidiau meinwe H&E yn dangos yn glir crawniadau a necrosis a achoswyd gan lid.Ar y llaw arall, mae'r arwyneb gwrth-biobaeddu cryf iawn LOIS yn atal adlyniad bacteriol, felly nid yw'n dangos unrhyw arwyddion o haint ac yn lleihau llid (Ffigur 5C).Dangosodd canlyniadau staenio MT yr un duedd.Fodd bynnag, roedd staenio MT hefyd yn dangos oedema mewn cwningod a fewnblannwyd â LOIS, gan ddangos bod adferiad ar fin digwydd (Ffigur 5D).Er mwyn astudio graddau'r ymateb imiwn, perfformiwyd staenio imiwn-histocemegol (IHC) gan ddefnyddio cytocinau TNF-α ac IL-6 yn ymwneud ag ymateb imiwn.Cymharwyd mewnblaniad negyddol noeth nad oedd yn agored i facteria â LOIS a oedd yn agored i facteria ond heb ei heintio i astudio'r broses iacháu yn absenoldeb haint bacteriol.Mae Ffigur 5E yn dangos delwedd optegol o sleid IHC sy'n mynegi TNF-α.Mae'r ardal frown yn cynrychioli'r ymateb imiwn, sy'n dangos bod yr ymateb imiwn yn LOIS wedi'i leihau ychydig.Yn ogystal, roedd mynegiant IL-6 yn LOIS yn sylweddol llai na'r mynegiant negyddol o noeth di-haint (Ffigur 5F).Mesurwyd mynegiant cytocin trwy fesur arwynebedd staenio gwrthgyrff sy'n cyfateb i'r cytocin (Ffigur 5G).O'i gymharu â'r cwningod a oedd yn agored i'r mewnblaniadau negyddol, roedd lefelau mynegiant y cwningod a fewnblannwyd â LOIS yn is, gan ddangos gwahaniaeth ystyrlon.Mae'r gostyngiad mewn mynegiant cytocin yn dangos bod priodweddau gwrth-baeddu hirdymor, sefydlog LOIS nid yn unig yn gysylltiedig ag atal heintiau bacteriol, ond hefyd â gostyngiad FBR, sy'n cael ei achosi gan macroffagau yn cadw at y swbstrad (53, 57 , 58).Felly, gall yr ymateb imiwn llai oherwydd priodweddau osgoi imiwnedd LOIS ddatrys y sgîl-effeithiau ar ôl mewnblannu, megis ymateb imiwn gormodol ar ôl llawdriniaeth blastig.
(A) Diagram sgematig o fecanwaith ffurfio biofilm a lledaenu ar wyneb mewnblaniad orthopedig heintiedig.eDNA, DNA allgellog.(B) Diagram sgematig o ymateb imiwn ar ôl gosod mewnblaniad orthopedig.(C) staenio H&E a (D) staenio MT o feinweoedd amgylchynol mewnblaniadau orthopedig gyda phositif noeth a LOIS.Mae IHC o cytocinau sy'n gysylltiedig ag imiwnedd (E) TNF-α ac (F) IL-6 yn ddelweddau lliw o gwningod noeth-negyddol a chwningod wedi'u mewnblannu gan LOIS.(G) Meintioli mynegiant cytocin yn ôl mesuriad arwynebedd cwmpas (** P <0.01).
Archwiliwyd biocompatibility LOIS a'i effaith ar y broses iachau esgyrn yn vivo gan ddefnyddio delweddu diagnostig [pelydr-x a tomograffeg micro-gyfrifiadurol (CT)] ac osteoclast IHC.Mae Ffigur 6A yn dangos y broses iachau esgyrn sy'n cynnwys tri cham gwahanol: llid, atgyweirio ac ailfodelu.Pan fydd toriad yn digwydd, bydd celloedd llidiol a ffibroblastau yn treiddio i'r asgwrn sydd wedi torri ac yn dechrau tyfu i'r meinwe fasgwlaidd.Yn ystod y cyfnod atgyweirio, mae tyfiant meinwe fasgwlaidd yn lledaenu ger y safle torri asgwrn.Mae meinwe fasgwlaidd yn darparu maetholion ar gyfer ffurfio asgwrn newydd, a elwir yn callus.Cam olaf y broses iachau esgyrn yw'r cam ailfodelu, lle mae maint y callws yn cael ei leihau i faint asgwrn arferol gyda chymorth cynnydd yn lefel yr osteoclastau actifedig (59).Perfformiwyd adluniad tri dimensiwn (3D) o'r safle torri asgwrn gan ddefnyddio sganiau micro-CT i arsylwi ar y gwahaniaethau yn lefel y ffurfiant callws ym mhob grŵp.Arsylwch y trawstoriad o'r forddwyd i arsylwi ar drwch y callws o amgylch yr asgwrn wedi'i dorri (Ffigur 6, B ac C).Defnyddiwyd pelydrau-X hefyd i archwilio safleoedd torri asgwrn pob grŵp bob wythnos i arsylwi ar y gwahanol brosesau adfywio esgyrn ym mhob grŵp (Ffigur S9).Dangosir callws ac esgyrn aeddfed mewn glas/gwyrdd ac ifori, yn y drefn honno.Mae'r rhan fwyaf o feinweoedd meddal yn cael eu hidlo allan gyda throthwy rhagosodedig.Cadarnhaodd Nude-positif a SHP fod ychydig bach o callws yn cael ei ffurfio o amgylch y safle torri asgwrn.Ar y llaw arall, mae negydd agored LOIS a safle'r hollt wedi'u hamgylchynu gan galws trwchus.Dangosodd delweddau micro-CT fod haint bacteriol a llid sy'n gysylltiedig â heintiau yn rhwystro ffurfio callws.Mae hyn oherwydd bod y system imiwnedd yn blaenoriaethu iachau anafiadau septig a achosir gan lid sy'n gysylltiedig â heintiau, yn hytrach nag adferiad esgyrn (60).Perfformiwyd IHC a staenio Asid Phosphatase sy'n gwrthsefyll Tartrate (TRAP) i arsylwi gweithgaredd osteoclast ac atsugniad esgyrn (Ffigur 6D) (61).Dim ond ychydig o osteoclastau actifedig wedi'u staenio'n borffor a ddarganfuwyd mewn positifau noeth a SHP.Ar y llaw arall, gwelwyd llawer o osteoclastau actifedig ger esgyrn positif ac aeddfed noeth LOIS.Mae'r ffenomen hon yn dangos, ym mhresenoldeb osteoclasts, bod y callws o amgylch y safle torri asgwrn yn mynd trwy broses ailfodelu treisgar (62).Mesurwyd cyfaint esgyrn ac ardal mynegiant osteoclast y callws i gymharu lefel y ffurfiant callws o amgylch y safle torri asgwrn ym mhob grŵp, er mwyn mesur y sgan micro-CT a chanlyniadau IHC (Ffigur 6E, 1 a 2).Yn ôl y disgwyl, roedd y negatifau noeth a ffurfiant callws yn LOIS yn sylweddol uwch nag yn y grwpiau eraill, gan nodi bod ailfodelu esgyrn cadarnhaol wedi digwydd (63).Mae Ffigur S10 yn dangos delwedd optegol y safle llawfeddygol, canlyniad staenio MT y meinwe a gasglwyd ger y sgriw, a chanlyniad staenio TRAP yn tynnu sylw at y rhyngwyneb sgriw-asgwrn.Yn yr is-haen noeth, gwelwyd ffurfiad calws a ffibrosis cryf, tra bod y mewnblaniad a gafodd ei drin gan LOIS yn dangos arwyneb cymharol heb ei gadw.Yn yr un modd, o gymharu â negatifau noeth, gwelwyd ffibrosis is mewn cwningod a fewnblannwyd â LOIS, fel y nodir gan y saethau gwyn.Yn ogystal, gellir priodoli'r oedema cadarn (saeth las) i briodweddau osgoi imiwnedd LOIS, a thrwy hynny leihau llid difrifol.Mae'r arwyneb gwrthlynol o amgylch y mewnblaniad a ffibrosis is yn awgrymu bod y broses dynnu yn haws, sydd fel arfer yn arwain at doriadau eraill neu lid.Gwerthuswyd y broses iachau esgyrn ar ôl tynnu sgriw gan y gweithgaredd osteoclast yn y rhyngwyneb sgriw-asgwrn.Roedd yr asgwrn noeth a'r rhyngwyneb mewnblaniad LOIS yn amsugno lefelau tebyg o osteoclastau i wella esgyrn ymhellach, gan ddangos nad yw'r gorchudd LOIS yn cael unrhyw effaith negyddol ar wella esgyrn nac ymateb imiwn.Er mwyn cadarnhau nad yw'r addasiad arwyneb a wneir ar y LOIS yn ymyrryd â'r broses iacháu esgyrn, defnyddiwyd archwiliad pelydr-X i gymharu iachâd esgyrn y cwningod ag ïonau negyddol agored a 6 wythnos o fewnblaniad LOIS (Ffigur 6F).Dangosodd y canlyniadau, o gymharu â'r grŵp positif noethlymun heb ei heintio, fod LOIS wedi dangos yr un graddau o wella esgyrn, ac nid oedd unrhyw arwyddion amlwg o dorri asgwrn (llinell osteolysis barhaus) yn y ddau grŵp.
(A) Diagram sgematig o'r broses iachau esgyrn ar ôl torri asgwrn.(B) Y gwahaniaeth yn y radd o ffurfio callws pob grŵp arwyneb a (C) delwedd trawsdoriadol y safle torri asgwrn.(D) staenio TRAP i ddelweddu gweithgaredd osteoclast ac atsugniad esgyrn.Yn seiliedig ar weithgaredd TRAP, dadansoddwyd ffurfio callws allanol o asgwrn cortigol yn feintiol gan (E) (1) micro-CT a (2) gweithgaredd osteoclast.(F) 6 wythnos ar ôl mewnblannu, delweddau pelydr-X o asgwrn toredig y negatif agored (a amlygir gan y petryal toredig coch) a LOIS (a amlygir gan y petryal toredig glas).Perfformiwyd dadansoddiad ystadegol gan ddadansoddiad un ffordd o amrywiant (ANOVA).*P <0.05.**P <0.01.
Yn fyr, mae LOIS yn darparu math newydd o strategaeth haint gwrthfacterol a gorchudd dianc imiwn ar gyfer mewnblaniadau orthopedig.Mae mewnblaniadau orthopedig confensiynol â gweithrediad SHP yn arddangos priodweddau gwrth-biobaeddu tymor byr, ond ni allant gynnal eu priodweddau am amser hir.Mae superhydrophobicity y swbstrad yn trapio swigod aer rhwng y bacteria a'r swbstrad, a thrwy hynny ffurfio pocedi aer, a thrwy hynny atal haint bacteriol.Fodd bynnag, oherwydd trylediad aer, mae'r pocedi aer hyn yn cael eu tynnu'n hawdd.Ar y llaw arall, mae LOIS wedi profi'n dda ei allu i atal heintiau sy'n gysylltiedig â biofilm.Felly, oherwydd priodweddau gwrth-wrthod yr haen iraid a chwistrellir i'r wyneb strwythur micro/nano haenog, gellir atal llid sy'n gysylltiedig â heintiau.Defnyddir gwahanol ddulliau nodweddu gan gynnwys mesuriadau SEM, AFM, XPS a CA i wneud y gorau o amodau gweithgynhyrchu LOIS.Yn ogystal, gellir defnyddio LOIS hefyd i amrywiol ddeunyddiau biolegol a ddefnyddir yn gyffredin mewn offer gosod orthopedig, megis PLGA, Ti, PE, POM a PPSU.Yna, profwyd LOIS in vitro i brofi ei briodweddau gwrth-biobaeddu yn erbyn bacteria a sylweddau biolegol sy'n gysylltiedig ag ymateb imiwn.Mae'r canlyniadau'n dangos bod ganddo effeithiau gwrthfacterol a gwrth-biobaeddu ardderchog o'i gymharu â'r mewnblaniad noeth.Yn ogystal, mae LOIS yn dangos cryfder mecanyddol hyd yn oed ar ôl cymhwyso straen mecanyddol, na ellir ei osgoi mewn llawfeddygaeth blastig.Oherwydd priodweddau hunan-iachau'r iraid ar wyneb y strwythur micro/nano, llwyddodd LOIS i gynnal ei briodweddau baeddu gwrth-fiolegol.Er mwyn astudio priodweddau biocompatibility a gwrthfacterol LOIS in vivo, cafodd LOIS ei fewnblannu i ffemwr cwningen am 4 wythnos.Ni welwyd unrhyw haint bacteriol mewn cwningod a fewnblannwyd â LOIS.Yn ogystal, dangosodd y defnydd o IHC lefel is o ymateb imiwn lleol, sy'n dangos nad yw LOIS yn atal y broses gwella esgyrn.Mae LOIS yn arddangos eiddo gwrthfacterol ac osgoi imiwnedd rhagorol, a phrofwyd ei fod yn atal ffurfio biofilm yn effeithiol cyn ac yn ystod llawdriniaeth orthopedig, yn enwedig ar gyfer synthesis esgyrn.Trwy ddefnyddio model torasgwrn femoral ymfflamychol mêr esgyrn cwningen, astudiwyd yn ddwfn effaith heintiau sy'n gysylltiedig â biofilm ar y broses iachau esgyrn a achosir gan fewnblaniadau wedi'u deor ymlaen llaw.Fel astudiaeth yn y dyfodol, mae angen model in vivo newydd i astudio heintiau posibl ar ôl mewnblannu i ddeall yn llawn ac atal heintiau sy'n gysylltiedig â biofilm yn ystod y broses iacháu gyfan.Yn ogystal, mae osteoinduction yn dal i fod yn her heb ei datrys o ran integreiddio â LOIS.Mae angen ymchwil pellach i gyfuno adlyniad dethol o gelloedd osteoinductive neu feddyginiaeth atgynhyrchiol gyda LOIS i oresgyn yr her.Ar y cyfan, mae LOIS yn cynrychioli gorchudd mewnblaniad orthopedig addawol gyda chadernid mecanyddol ac eiddo gwrth-biobaeddu rhagorol, a all leihau sgîl-effeithiau SSI a imiwnedd.
Golchwch y swbstrad 15mm x 15mm x 1mm 304 SS (Dong Kang M-Tech Co., Korea) mewn dŵr aseton, EtOH a DI am 15 munud i gael gwared ar halogion.Er mwyn ffurfio strwythur lefel micro / nano ar yr wyneb, mae'r swbstrad wedi'i lanhau yn cael ei drochi mewn datrysiad HF 48% i 51% (DUKSAN Corp., De Korea) ar 50 ° C.Mae'r amser ysgythru yn amrywio o 0 i 60 munud.Yna, glanhawyd y swbstrad ysgythru â dŵr wedi'i ddadïoneiddio a'i roi mewn hydoddiant 65% HNO3 (Korea DUKSAN Corp.) ar 50 ° C am 30 munud i ffurfio haen goddefol cromiwm ocsid ar yr wyneb.Ar ôl passivation, mae'r swbstrad yn cael ei olchi â dŵr deionized a'i sychu i gael swbstrad gyda strwythur haenog.Nesaf, roedd y swbstrad yn agored i plasma ocsigen (100 W, 3 munud), a'i drochi ar unwaith mewn toddiant o 8.88 mM POTS (Sigma-Aldrich, yr Almaen) mewn tolwen ar dymheredd ystafell am 12 awr.Yna, glanhawyd y swbstrad wedi'i orchuddio â POTS ag EtOH, a'i anelio ar 150 ° C am 2 awr i gael SAM POTS trwchus.Ar ôl cotio SAM, ffurfiwyd haen iraid ar y swbstrad trwy gymhwyso iraid perfluoropolyether (Krytox 101; DuPont, UDA) gyda chyfaint llwytho o 20 μm/cm 2. Cyn ei ddefnyddio, hidlwch yr iraid trwy hidlydd 0.2 micron.Tynnwch yr iraid dros ben trwy ogwyddo ar ongl 45° am 15 munud.Defnyddiwyd yr un weithdrefn weithgynhyrchu ar gyfer mewnblaniadau orthopedig wedi'u gwneud o 304 SS (plât cloi a sgriw cloi cortigol; Dong Kang M-Tech Co, Korea).Mae'r holl fewnblaniadau orthopedig wedi'u cynllunio i ffitio geometreg ffemwr y gwningen.
Archwiliwyd morffoleg wyneb y swbstrad a mewnblaniadau orthopedig gan allyriad maes SEM (Arolygwch F50, FEI, UDA) ac AFM (XE-100, Park Systems, De Korea).Mae'r garwedd arwyneb (Ra, Rq) yn cael ei fesur trwy luosi'r arwynebedd o 20 μm ag 20 μm (n=4).Defnyddiwyd system XPS (PHI 5000 VersaProbe, ULVAC PHI, Japan) gyda ffynhonnell pelydr-X Al Kα gyda maint sbot o 100μm2 i ddadansoddi'r cyfansoddiad cemegol arwyneb.Defnyddiwyd system fesur CA gyda chamera dal delwedd deinamig (SmartDrop, FEMTOBIOMED, ​​De Korea) i fesur hylif CA a SA.Ar gyfer pob mesuriad, gosodir 6 i 10 μl o ddefnynnau (dŵr deionized, gwaed ceffyl, EG, ethanol 30%, a HD) ar yr wyneb i fesur CA.Pan fydd ongl gogwydd y swbstrad yn cynyddu ar fuanedd o 2 ° / s (n = 4), mae'r SA yn cael ei fesur pan fydd y defnyn yn disgyn.
Prynwyd Pseudomonas aeruginosa [Casgliad Diwylliant Math America (ATCC) 27853] ac MRSA (ATCC 25923) gan ATCC (Manassas, Virginia, UDA), a chynhaliwyd y diwylliant stoc ar -80 ° C .Cyn ei ddefnyddio, cafodd y diwylliant wedi'i rewi ei ddeor mewn cawl ffa soia wedi'i ddadmer trypsin (Komed, Korea) ar 37 ° C am 18 awr ac yna ei drosglwyddo ddwywaith i'w actifadu.Ar ôl deori, cafodd y diwylliant ei allgyrchu ar 10,000 rpm am 10 munud ar 4 ° C a'i olchi ddwywaith gyda hydoddiant PBS (pH 7.3).Yna mae'r meithriniad allgyrchol yn cael ei is-feithrin ar blatiau agar gwaed (BAP).Paratowyd MRSA a Pseudomonas aeruginosa dros nos a'u meithrin mewn cawl Luria-Bertani.Cafodd crynodiad Pseudomonas aeruginosa ac MRSA yn yr inocwlwm ei bennu'n feintiol gan CFU yr ataliad mewn gwanediadau cyfresol ar agar.Yna, addaswch y crynodiad bacteriol i safon 0.5 McFarland, sy'n cyfateb i 108 CFU / ml.Yna gwanwch yr ataliad bacteriol sy'n gweithio 100 gwaith i 106 CFU / ml.Er mwyn profi'r priodweddau adlyniad gwrthfacterol, cafodd y swbstrad ei sterileiddio ar 121 ° C am 15 munud cyn ei ddefnyddio.Yna trosglwyddwyd y swbstrad i 25 ml o ataliad bacteriol a'i ddeor ar 37 ° C gydag ysgwyd egnïol (200 rpm) am 12 a 72 awr.Ar ôl deori, tynnwyd pob swbstrad o'r deorydd a'i olchi 3 gwaith gyda PBS i gael gwared ar unrhyw facteria sy'n arnofio ar yr wyneb.Er mwyn arsylwi ar y biofilm ar y swbstrad, gosodwyd y biofilm â methanol a'i staenio â 1 ml o oren crimidine am 2 funud.Yna defnyddiwyd microsgop fflworoleuedd (BX51TR, Olympus, Japan) i dynnu lluniau o'r bioffilm lliw.Er mwyn meintioli'r biofilm ar y swbstrad, gwahanwyd y celloedd atodedig o'r swbstrad gan y dull fortecs gleiniau, a ystyriwyd fel y dull mwyaf addas i gael gwared â bacteria ynghlwm (n = 4).Gan ddefnyddio gefeiliau di-haint, tynnwch y swbstrad o'r cyfrwng twf a thapio plât y ffynnon i gael gwared ar hylif gormodol.Tynnwyd celloedd oedd wedi'u cysylltu'n rhydd trwy olchi ddwywaith â PBS di-haint.Yna trosglwyddwyd pob swbstrad i diwb profi di-haint yn cynnwys 9 ml o 0.1% o brotein ept saline (PSW) a 2 g o 20 i 25 o gleiniau gwydr di-haint (0.4 i 0.5 mm mewn diamedr).Yna cafodd ei vortexed am 3 munud i ddatgysylltu'r celloedd o'r sampl.Ar ôl vortexing, cafodd yr ataliad ei wanhau'n gyfresol 10 gwaith gyda 0.1% PSW, ac yna cafodd 0.1 ml o bob gwanediad ei frechu ar BAP.Ar ôl 24 awr o ddeori ar 37°C, cafodd y CFU ei gyfrif â llaw.
Ar gyfer y celloedd, defnyddiwyd ffibroblastau llygoden NIH/3T3 (CRL-1658; American ATCC) a macroffagau llygoden RAW 264.7 (TIB-71; American ATCC).Defnyddio cyfrwng Eagle wedi'i addasu ag Dulbecco (DMEM; LM001-05, Welgene, Korea) i feithrin ffibroblastau llygoden ac ychwanegu at serwm lloi 10% (S103-01, Welgene) a 1% penisilin-streptomycin (PS; LS202-02, Welgene (Welgene) ). Cafodd y celloedd eu deor dros nos ar 37 ° C a 5% CO2 Ar gyfer staenio celloedd, gosodwyd y celloedd â 4% o baraformaldehyd am 20 munud a'u gosod yn 0.5% Triton X Incubate am 5 munud yn -100. Trochwch y swbstrad mewn 50nM tetramethylrhodamine ar 37°C am 30 munud Ar ôl y broses ddeori, defnyddiwch y swbstrad gyda 4′,6-diamino-2-phenylindole (H -1200, Vector Laboratories, UK) cyfrwng gosod VECTASHIELD (n = 4 y gell). , fluorescein, fluorescein isothiocyanate-albumin (A9771, Sigma-Aldrich, yr Almaen) a phlasma dynol Diddymwyd y ffibrinogen Alexa Fluor 488-cyfun (F13191, Invitrogen, UDA) yn PBS (10 mM, pH 7.4).Roedd crynodiadau albwmin a ffibrinogen yn 1 a 150 μg/ml, yn y drefn honno.Ar ôl y swbstrad Cyn trochi yn yr hydoddiant protein, rinsiwch nhw gyda PBS i ailhydradu'r wyneb.Yna trochwch yr holl swbstradau mewn plât chwe ffynnon sy'n cynnwys yr hydoddiant protein a deorwch ar 37°C am 30 a 90 munud.Ar ôl deori, yna tynnwyd y swbstrad o'r hydoddiant protein, ei olchi'n ysgafn gyda PBS 3 gwaith, a'i osod gyda 4% paraformaldehyde (n = 4 ar gyfer pob protein).Ar gyfer calsiwm, sodiwm clorid (0.21 M) a photasiwm ffosffad (3.77 mM) ) A oedd hydoddi mewn dŵr deionized.Addaswyd pH yr hydoddiant i 2.0 trwy ychwanegu hydoddiant hydroclorid (1M).Yna cafodd calsiwm clorid (5.62 mM) ei ddiddymu yn yr hydoddiant.Trwy ychwanegu 1M tris (hydroxymethyl)-amino Methan yn addasu pH yr hydoddiant i 7.4.Trochwch yr holl swbstradau mewn plât chwe ffynnon wedi'i lenwi â hydoddiant calsiwm ffosffad 1.5 × a thynnwch o'r hydoddiant ar ôl 30 munud.Ar gyfer staenio, 2 g Alizarin Red S (CI 58005) Cymysgwch â 100 ml o ddŵr wedi'i ddad-ïoneiddio.Yna, defnyddiwch 10% amoniwm hydrocsid i addasu'r pH i 4. Lliwiwch y swbstrad gyda hydoddiant Alizarin Red am 5 munud, ac yna ysgwydwch y llifyn a'r blot dros ben.Ar ôl y broses ysgwyd, tynnwch y swbstrad.Mae'r deunydd yn cael ei ddadhydradu, yna ei drochi mewn aseton am 5 munud, yna ei drochi mewn hydoddiant aseton-xylene (1: 1) am 5 munud, ac yn olaf ei olchi â sylene (n = 4).Defnyddir microsgop fflworoleuedd (Axio Imager) gyda lensys gwrthrychol ×10 a ×20..A2m, Zeiss, yr Almaen) delweddau i gyd yn swbstradau.Defnyddiwyd ImageJ/FIJI (https://imagej.nih.gov/ij/) i feintioli data adlyniad sylweddau biolegol ar bob grŵp o bedwar maes delweddu gwahanol.Trosi pob delwedd yn ddelweddau deuaidd gyda throthwyau sefydlog ar gyfer cymharu swbstrad.
Defnyddiwyd microsgop confocal Zeiss LSM 700 i fonitro sefydlogrwydd yr haen iraid yn y PBS yn y modd adlewyrchiad.Cafodd y sampl gwydr wedi'i orchuddio â SAM wedi'i seilio ar fflworin gyda haen iro wedi'i chwistrellu ei drochi mewn hydoddiant PBS, a'i brofi gan ddefnyddio ysgydwr orbital (SHO-1D; Daihan Scientific, De Korea) o dan amodau ysgwyd ysgafn (120 rpm).Yna cymerwch y sampl a monitro'r golled o iraid trwy fesur colli golau adlewyrchiedig.Er mwyn caffael delweddau fflworoleuedd yn y modd adlewyrchiad, mae'r sampl yn agored i laser 633 nm ac yna'n cael ei gasglu, oherwydd bydd y golau'n cael ei adlewyrchu yn ôl o'r sampl.Mesurwyd y samplau ar gyfnodau amser o 0, 30, 60, a 120 awr.
Er mwyn pennu dylanwad y broses addasu arwyneb ar briodweddau nanomecanyddol mewnblaniadau orthopedig, defnyddiwyd nanoindenter (TI 950 TriboIndenter, Hysitron, UDA) â blaen diemwnt Berkovich siâp pyramid tair ochr i fesur nanoindenedione.Y llwyth brig yw 10 mN ac mae'r ardal yn 100μmx 100μm.Ar gyfer pob mesuriad, yr amser llwytho a dadlwytho yw 10 s, a'r amser dal o dan y llwyth mewnoliad brig yw 2 s.Cymerwch fesuriadau o bum lleoliad gwahanol a chymerwch y cyfartaledd.Er mwyn gwerthuso'r perfformiad cryfder mecanyddol o dan lwyth, perfformiwyd prawf plygu tri phwynt traws gan ddefnyddio peiriant profi cyffredinol (Instron 5966, Instron, UDA).Mae'r swbstrad yn cael ei gywasgu ar gyfradd gyson o 10 N/s gyda llwyth cynyddol.Defnyddiwyd rhaglen feddalwedd Bluehill Universal (n = 3) i gyfrifo'r modwlws hyblyg a'r straen cywasgol mwyaf.
Er mwyn efelychu'r broses weithredu a'r difrod mecanyddol cysylltiedig a achoswyd yn ystod y llawdriniaeth, perfformiwyd y broses weithredu in vitro.Casglwyd y ffemyriaid o gwningod gwyn Seland Newydd a ddienyddiwyd.Cafodd y forddwyd ei lanhau a'i osod mewn 4% o baraformaldehyd am 1 wythnos.Fel y disgrifir yn y dull arbrawf anifeiliaid, gweithredwyd y ffemwr sefydlog trwy lawdriniaeth.Ar ôl y llawdriniaeth, cafodd y mewnblaniad orthopedig ei drochi mewn gwaed (gwaed ceffyl, KISAN, Korea) am 10 s i gadarnhau a ddigwyddodd adlyniadau gwaed ar ôl i'r anaf mecanyddol gael ei gymhwyso (n = 3).
Rhannwyd cyfanswm o 24 o gwningod gwyn gwrywaidd Seland Newydd (pwysau 3.0 i 3.5kg, 6 mis oed cyfartalog) ar hap yn bedwar grŵp: nude negatif, noethlymun positif, SHP a LOIS.Perfformiwyd yr holl weithdrefnau sy'n ymwneud ag anifeiliaid yn unol â safonau moesegol y Pwyllgor Gofal a Defnydd Anifeiliaid Sefydliadol (cymeradwywyd gan IACUC, KOREA-2017-0159).Mae'r mewnblaniad orthopedig yn cynnwys plât cloi gyda phum twll (hyd 41 mm, lled 7 mm a thrwch 2 mm) a sgriwiau cloi cortigol (hyd 12 mm, diamedr 2.7 mm) ar gyfer gosod torasgwrn.Ac eithrio'r platiau a'r sgriwiau hynny a ddefnyddir yn y grŵp moel-negyddol, cafodd yr holl blatiau a sgriwiau eu deor mewn ataliad MRSA (106 CFU / ml) am 12 awr.Cafodd y grŵp noeth-negyddol (n=6) ei drin â mewnblaniadau arwyneb noeth heb fod yn agored i ataliad bacteriol, fel rheolaeth negyddol ar gyfer haint.Cafodd y grŵp positif noeth (n = 6) ei drin â mewnblaniad arwyneb noeth a oedd yn agored i facteria fel rheolaeth gadarnhaol ar gyfer haint.Cafodd y grŵp SHP (n = 6) ei drin â mewnblaniadau SHP a oedd yn agored i facteria.Yn olaf, cafodd y grŵp LOIS ei drin â mewnblaniadau LOIS a oedd yn agored i facteria (n = 6).Cedwir pob anifail mewn cawell, a darperir llawer o fwyd a dŵr.Cyn y llawdriniaeth, cafodd y cwningod eu cyflymu am 12 awr.Anestheteiddiwyd yr anifeiliaid gan chwistrelliad mewngyhyrol o xylazine (5mg/kg) a chwistrelliad mewnwythiennol o paclitaxel (3mg/kg) ar gyfer sefydlu.Ar ôl hynny, danfonwch isoflurane 2% a 50% i 70% o ocsigen meddygol (cyfradd llif 2 L / mun) trwy'r system resbiradol i gynnal anesthesia.Mae'n cael ei fewnblannu trwy ymagwedd uniongyrchol at y ffemwr ochrol.Ar ôl tynnu gwallt a diheintio povidone-ïodin o'r croen, gwnaed toriad tua 6 cm o hyd ar y tu allan i'r ffemwr canol chwith.Trwy agor y bwlch rhwng y cyhyrau sy'n gorchuddio'r ffemwr, mae'r ffemwr yn agored yn llawn.Rhowch y plât o flaen y siafft femoral a'i osod gyda phedwar sgriw.Ar ôl gosod, defnyddiwch lafn llifio (1 mm o drwch) i greu toriad artiffisial yn yr ardal rhwng yr ail dwll a'r pedwerydd twll.Ar ddiwedd y llawdriniaeth, golchwyd y clwyf â saline a'i gau â phwythau.Cafodd pob cwningen ei chwistrellu'n isgroenol gydag enrofloxacin (5 mg/kg) wedi'i wanhau traean mewn halwynog.Cymerwyd pelydrau-X o'r ffemwr ar ôl llawdriniaeth ym mhob anifail (0, 7, 14, 21, 28, a 42 diwrnod) i gadarnhau osteotomi'r asgwrn.Ar ôl anesthesia dwfn, lladdwyd pob anifail gan KCl mewnwythiennol (2 mmol/kg) ar 28 a 42 diwrnod.Ar ôl ei ddienyddio, cafodd y ffemwr ei sganio gan ficro-CT i arsylwi a chymharu'r broses iachau esgyrn a ffurfiant esgyrn newydd rhwng y pedwar grŵp.
Ar ôl gweithredu, casglwyd y meinweoedd meddal a oedd mewn cysylltiad uniongyrchol â'r mewnblaniadau orthopedig.Cafodd y feinwe ei gosod mewn fformalin byffer 10% niwtral dros nos ac yna ei ddadhydradu yn EtOH.Cafodd y meinwe dadhydradedig ei fewnosod mewn paraffin a'i dorri'n ddarnau ar drwch o 40 μm gan ddefnyddio microtome (400CS; EXAKT, yr Almaen).Er mwyn delweddu'r haint, perfformiwyd staenio H&E a staenio MT.Er mwyn gwirio ymateb y gwesteiwr, cafodd y meinwe wedi'i dorri ei deor â gwrthgorff sylfaenol gwrth-TNF-α cwningen (AB6671, Abcam, UDA) a chwningen gwrth-IL-6 (AB6672; Abcam, UDA), ac yna ei drin â rhuddygl poeth.Ocsidase.Cymhwyswch y system staenio cymhleth avidin-biotin (ABC) i'r adrannau yn unol â chyfarwyddiadau'r gwneuthurwr.Er mwyn ymddangos fel cynnyrch adwaith brown, defnyddiwyd 3,3-diaminobenzidine ym mhob rhan.Defnyddiwyd sganiwr sleidiau digidol (Pannoramic 250 Flash III, 3DHISTECH, Hwngari) i ddelweddu pob tafell, a dadansoddwyd o leiaf pedwar swbstrad ym mhob grŵp gan feddalwedd ImageJ.
Tynnwyd delweddau pelydr-X ym mhob anifail ar ôl llawdriniaeth a phob wythnos i fonitro iachâd torasgwrn (n=6 fesul grŵp).Ar ôl gweithredu, defnyddiwyd micro-CT cydraniad uchel i gyfrifo ffurfio callus o amgylch y ffemwr ar ôl iachâd.Cafodd y forddwyd a gafwyd ei lanhau, ei osod mewn 4% paraformaldehyd am 3 diwrnod, a'i ddadhydradu mewn ethanol 75%.Yna sganiwyd yr esgyrn dadhydradedig trwy ddefnyddio micro-CT (SkyScan 1173, Brooke Micro-CT, Kandy, Gwlad Belg) i gynhyrchu delweddau voxel 3D (2240 ​​× 2240 picsel) o'r sampl esgyrn.Defnyddiwch hidlydd Al 1.0 mm i leihau sŵn y signal a chymhwyso cydraniad uchel i bob sgan (E = 133 kVp, I = 60 μA, amser integreiddio = 500 ms).Defnyddiwyd meddalwedd Nrecon (fersiwn 1.6.9.8, Bruker microCT, Kontich, Gwlad Belg) i gynhyrchu cyfaint 3D o'r sampl wedi'i sganio o'r rhagamcaniad ochrol 2D a gaffaelwyd.Ar gyfer dadansoddiad, mae'r ddelwedd 3D wedi'i hail-greu wedi'i rhannu'n giwbiau 10mm × 10mm × 10mm yn ôl y safle torri asgwrn.Cyfrifwch y calws y tu allan i'r asgwrn cortigol.Defnyddiwyd meddalwedd DataViewer (fersiwn 1.5.1.2; Bruker microCT, Kontich, Gwlad Belg) i ailgyfeirio'r cyfaint esgyrn wedi'i sganio yn ddigidol, a defnyddiwyd meddalwedd CT-Analyzer (fersiwn 1.14.4.1; Bruker microCT, Kontich, Gwlad Belg) ar gyfer dadansoddi.Mae'r cyfernodau amsugno pelydr-x cymharol mewn asgwrn aeddfed a callws yn cael eu gwahaniaethu gan eu dwysedd, ac yna mae cyfaint y callws yn cael ei feintioli (n = 4).Er mwyn cadarnhau nad yw biocompatibility LOIS yn gohirio'r broses gwella esgyrn, perfformiwyd dadansoddiad pelydr-X a micro-CT ychwanegol mewn dau gwningen: y grwpiau noeth-negyddol a LOIS.Dienyddiwyd y ddau grŵp yn y 6ed wythnos.
Casglwyd ffemyriaid anifeiliaid a aberthwyd a'u gosod mewn paraformaldehyde 4% am 3 diwrnod.Yna caiff y mewnblaniad orthopedig ei dynnu'n ofalus o'r ffemwr.Cafodd y forddwyd ei ddad-galchu am 21 diwrnod trwy ddefnyddio 0.5 M EDTA (EC-900, National Diagnostics Corporation).Yna trochwyd y ffemwr dadgalchedig yn EtOH i'w wneud yn ddadhydredig.Tynnwyd y ffemwr dadhydradedig mewn sylene a'i fewnosod mewn paraffin.Yna cafodd y sampl ei sleisio â microtome cylchdro awtomatig (Leica RM2255, Leica Biosystems, yr Almaen) gyda thrwch o 3 μm.Ar gyfer staenio TRAP (F6760, Sigma-Aldrich, yr Almaen), cafodd y samplau adrannol eu dadbaraffinio, eu hailhydradu a'u deor mewn adweithydd TRAP ar 37 ° C am 1 awr.Cafwyd delweddau gan ddefnyddio sganiwr sleidiau (Pannoramic 250 Flash III, 3DHISTECH, Hwngari) a'u meintioli trwy fesur cwmpas ardal yr ardal staen.Ym mhob arbrawf, dadansoddwyd o leiaf bedwar swbstrad ym mhob grŵp gan feddalwedd ImageJ.
Perfformiwyd dadansoddiad arwyddocâd ystadegol trwy ddefnyddio GraphPad Prism (GraphPad Software Inc., UDA).Defnyddiwyd prawf-t heb ei baru a dadansoddiad unffordd o amrywiant (ANOVA) i brofi'r gwahaniaethau rhwng y grwpiau gwerthuso.Mae'r lefel arwyddocâd wedi'i nodi yn y ffigur fel a ganlyn: *P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001 a ****P<0.0001;NS, dim gwahaniaeth arwyddocaol.
Am ddeunyddiau atodol ar gyfer yr erthygl hon, gweler http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/44/eabb0025/DC1
Erthygl mynediad agored yw hon a ddosberthir o dan delerau’r Drwydded Anfasnachol Attribution Creative Commons, sy’n caniatáu defnyddio, dosbarthu ac atgynhyrchu mewn unrhyw gyfrwng, cyn belled nad yw’r defnydd er elw masnachol a’r rhagosodiad yw bod y gwreiddiol gwaith yn gywir.Cyfeiriad.
Nodyn: Dim ond cyfeiriad e-bost rydyn ni'n gofyn i chi ei ddarparu fel bod y person rydych chi'n ei argymell i'r dudalen yn gwybod eich bod chi am iddyn nhw weld yr e-bost ac nad yw'r e-bost yn sbam.Ni fyddwn yn dal unrhyw gyfeiriadau e-bost.
Defnyddir y cwestiwn hwn i brofi a ydych yn ymwelydd dynol ac i atal cyflwyniadau sbam awtomatig.
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
Gall haenau dianc gwrthfacterol ac imiwn mewnblaniadau orthopedig leihau heintiau ac ymatebion imiwn a achosir gan heintiau.
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
Gall haenau dianc gwrthfacterol ac imiwn mewnblaniadau orthopedig leihau heintiau ac ymatebion imiwn a achosir gan heintiau.
©2021 Cymdeithas America er Hyrwyddo Gwyddoniaeth.cedwir pob hawl.Mae AAAS yn bartner i HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef a COUNTER.GwyddoniaethAdvances ISSN 2375-2548.