Por pacientoj spertantaj ortopedian enplantaĵkirurgion, bakteriaj infektoj kaj infekt-induktitaj imunreagoj ĉiam estis vivminacaj riskoj.Konvenciaj biologiaj materialoj estas sentemaj al biologia poluado, kiu igas bakteriojn invadi la vunditan areon kaj kaŭzi postoperacian infekton.Sekve, estas urĝa bezono evoluigi kontraŭinfektajn kaj imunajn eskapajn tegaĵojn por ortopediaj enplantaĵoj.Ĉi tie, ni evoluigis altnivelan surfacan modifteknologion por ortopediaj enplantaĵoj nomata Lubrikita Ortopedia Implantsurfaco (LOIS), kiu estas inspirita de la glata surfaco de kruĉoj de plantoj.LOIS havas longdaŭran kaj fortan likvan forpeladon al diversaj likvaĵoj kaj biologiaj substancoj (inkluzive de ĉeloj, proteinoj, kalcio kaj bakterioj).Krome, ni konfirmis la mekanikan fortikecon kontraŭ grataĵoj kaj fiksa forto simulante la neeviteblan damaĝon dum la in vitro-kirurgio.La kuniklo-osta medolo-inflama femura frakturmodelo estis utiligita por ĝisfunde studi la kontraŭbiologian skaliĝon kaj kontraŭ-infektan kapablon de LOIS.Ni antaŭvidas, ke LOIS, kiu havas kontraŭ-biofouling-propraĵojn kaj mekanikan fortikecon, estas paŝo antaŭen en seninfekta ortopedia kirurgio.
Hodiaŭ, pro ĝenerala maljuniĝo, la nombro da pacientoj suferantaj de ortopediaj malsanoj (kiel maljunaj frakturoj, degeneraj artikmalsanoj kaj osteoporozo) multe pliiĝis (1, 2).Tial medicinaj institucioj donas grandan gravecon al ortopedia kirurgio, inkluzive de ortopediaj enplantaĵoj de ŝraŭboj, platoj, najloj kaj artefaritaj artikoj (3, 4).Tamen, tradiciaj ortopediaj enplantaĵoj estis raportitaj esti sentemaj al bakteria adhero kaj biofilmformado, kiuj povas kaŭzi kirurgian infekton (SSI) post kirurgio (5, 6).Post kiam la biofilmo estas formita sur la surfaco de la ortopedia enplantaĵo, la forigo de la biofilmo fariĝas ekstreme malfacila eĉ kun la uzo de grandaj dozoj de antibiotikoj.Tial ĝi kutime kondukas al severaj postoperaciaj infektoj (7, 8).Pro la supraj problemoj, la traktado de infektitaj enplantaĵoj devus inkluzivi reoperacion, inkluzive de forigo de ĉiuj enplantaĵoj kaj ĉirkaŭaj histoj;tial, la paciento suferos severan doloron kaj iujn riskojn (9, 10).
Por solvi iujn ĉi tiujn problemojn, drog-eligantaj ortopediaj enplantaĵoj estis evoluigitaj por malhelpi infekton per forigo de bakterioj alfiksitaj al la surfaco (11, 12).Tamen, la strategio ankoraŭ montras plurajn limojn.Oni raportis, ke longdaŭra enplantado de drog-eligantaj enplantaĵoj kaŭzis damaĝon al ĉirkaŭaj histoj kaj kaŭzis inflamon, kiu povas konduki al nekrozo (13, 14).Krome, la organikaj solviloj, kiuj povas ekzisti post la fabrikado de drog-eligantaj ortopediaj enplantaĵoj, kiuj estas strikte malpermesitaj de la Usona Administracio pri Manĝaĵoj kaj Medikamentoj, postulas pliajn purigajn paŝojn por plenumi ĝiajn normojn (15).Drog-eligantaj enplantaĵoj estas malfacilaj por kontrolita liberigo de drogoj, kaj pro ilia limigita drogŝarĝo, longtempa aplikado de la drogo ne estas farebla (16).
Alia ofta strategio estas kovri la enplantaĵon per antimalpuriga polimero por malhelpi biologian materion kaj bakteriojn aliĝi al la surfaco (17).Ekzemple, zwitterionaj polimeroj altiris atenton pro siaj ne-gluaj trajtoj kiam en kontakto kun plasmoproteinoj, ĉeloj, kaj bakterioj.Tamen, ĝi havas kelkajn limigojn rilate al longdaŭra stabileco kaj mekanika fortikeco, kiuj malhelpas ĝian praktikan aplikon en ortopediaj enplantaĵoj, precipe pro mekanika skrapado dum kirurgiaj proceduroj (18, 19).Krome, pro ĝia alta biokongrueco, manko de bezono de foriga kirurgio, kaj surfacaj purigaj propraĵoj per korodo, ortopediaj enplantaĵoj faritaj el biodiserigeblaj materialoj estis uzitaj (20, 21).Dum korodo, la kemiaj ligoj inter la polimermatrico estas rompitaj kaj dekroĉitaj de la surfaco, kaj la adeptoj purigas la surfacon.Tamen, kontraŭbiologia malpurigo per surfacpurigado estas efika en mallonga tempodaŭro.Krome, la plej multaj sorbeblaj materialoj inkluzive de poli(laktika acido-glikola acida kopolimero) (PLGA), polilaktika acido (PLA) kaj magnezio-bazitaj alojoj suferos neegalan biodegradiĝon kaj erozion en la korpo, kiu negative influos mekanikan stabilecon.(dudek du).Krome, la biodiserigeblaj platfragmentoj disponigas lokon por bakterioj alkroĉi, kio pliigas la ŝancon de infekto longtempe.Ĉi tiu risko de mekanika degenero kaj infekto limigas la praktikan aplikon de plastika kirurgio (23).
Superhidrofobaj (SHP) surfacoj kiuj imitas la hierarkian strukturon de lotusfolioj fariĝis ebla solvo por kontraŭmalpurigaj surfacoj (24, 25).Kiam la SHP-surfaco estas mergita en likvaĵo, aervezikoj estos kaptitaj, tiel formante aerpoŝojn kaj malhelpante bakterian aliĝon (26).Tamen, lastatempaj studoj montris ke la SHP-surfaco havas malavantaĝojn ligitajn al mekanika fortikeco kaj longperspektiva stabileco, kiu malhelpas ĝian aplikon en medicinaj enplantaĵoj.Plie, la aerpoŝoj dissolviĝos kaj perdos siajn kontraŭmalpurajn propraĵojn, tiel rezultigante pli larĝan bakterian adiĝon pro la granda surfacareo de la SHP-surfaco (27, 28).Lastatempe, Aizenberg kaj kolegoj enkondukis novigan metodon de kontraŭ-biofouling surfaca tegaĵo disvolvante glatan surfacon inspirita de Nepenthes kruĉplanto (29, 30).La glata surfaco montras longdaŭran stabilecon sub hidraŭlikaj kondiĉoj, estas ekstreme likva forpuŝa al biologiaj likvaĵoj kaj havas mem-riparajn ecojn.Tamen, ekzistas nek metodo por apliki tegaĵon al kompleksa-forma medicina enplantaĵo, nek ĝi estas pruvita subteni la resanigan procezon de difektita histo post enplantado.
Ĉi tie, ni enkondukas lubrikitan ortopedian enplantan surfacon (LOIS), mikro/nano-strukturitan ortopedian enplantan surfacon kaj firme kombinitan kun maldika lubrikaĵa tavolo por malhelpi ĝin esti asociita kun plastika kirurgio Bakteriaj infektoj, kiel fraktura fiksado.Ĉar la fluoro-funkciigita mikro/nano-nivela strukturo firme fiksas la lubrikaĵon sur la strukturo, la evoluinta LOIS povas plene forpuŝi la adheron de diversaj likvaĵoj kaj konservi kontraŭ-suliĝan rendimenton dum longa tempo.LOIS-tegaĵoj povas esti aplikitaj al materialoj de diversaj formoj destinitaj por osta sintezo.La bonegaj kontraŭ-biofouling propraĵoj de LOIS kontraŭ biofilm bakterioj [Pseudomonas aeruginosa kaj meticilin-rezistema Staphylococcus aureus (MRSA)] kaj biologiaj substancoj (ĉeloj, proteinoj kaj kalcio) estis konfirmitaj en vitro.La adheroprocento de ampleksa adhero al la substrato estas malpli ol 1%.Krome, eĉ post kiam okazas mekanika streso kiel surfaca gratado, la mem-resaniĝo kaŭzita de la penetra lubrikaĵo helpas konservi ĝiajn kontraŭmalpurajn ecojn.La rezultoj de la mekanika fortikeco-testo montras, ke eĉ post struktura kaj kemia modifo, la totala forto ne estos signife reduktita.Krome, en vitro eksperimento kiu simulas la mekanikan streson en la kirurgia medio estis efektivigita por pruvi ke LOIS povas elteni diversajn mekanikajn stresojn kiuj okazas dum plastika kirurgio.Fine, ni uzis kuniklo-bazitan en vivo femura frakturmodelo, kiu pruvis, ke LOIS havas superajn kontraŭbakteriajn ecojn kaj biokongruecon.Radiologiaj kaj histologiaj rezultoj konfirmis, ke stabila lubrikaĵa konduto kaj kontraŭ-biomalpurigaj propraĵoj ene de 4 semajnoj post enplantado povas atingi efikan kontraŭ-infektan kaj imunan eskapan agadon sen prokrasti la ostan resanigprocezon.
Figuro 1A montras skeman diagramon de la evoluinta LOIS, kiu estas enplantita kun mikro/nano-skalaj strukturoj en la modelo de kuniklo-femora frakturo por konfirmi ĝian bonegan kontraŭbiologian malpurigon kaj kontraŭ-infektajn ecojn.Biomimetika metodo estas aranĝita por simuli la surfacon de akvopotoplanto, kaj por malhelpi biomalpurigon integrigante lubrikaĵtavolon ene de la mikro/nanostrukturo de la surfaco.La surfaco injektita per lubrikaĵo povas minimumigi la kontakton inter biologiaj substancoj kaj la surfaco.Tial, pro la formado de stabilaj kemiaj ligoj sur la surfaco, ĝi havas bonegan antifouling-agadon kaj longdaŭran stabilecon.Kiel rezulto, la kontraŭ-biofouling propraĵoj de la lubrika surfaco permesas diversajn praktikajn aplikojn en biomedicina esplorado.Tamen, ampleksa esplorado pri kiel ĉi tiu speciala surfaco interagas en la korpo ankoraŭ ne estis kompletigita.Komparante LOIS kun nudaj substratoj en vitro uzante albuminon kaj biofilm bakteriojn, la ne-adhereco de LOIS povas esti konfirmita (Figuro 1B).Krome, derulante la akvogutetojn sur la klinita nuda substrato kaj la LOIS substrato (Figuro S1 kaj Filmo S1), la biologia poluado agado povas esti pruvita.Kiel montrite en la fluoreskeca mikroskopa bildo, la elmontrita substrato kovita en suspendo de proteino kaj bakterioj montris grandan kvanton de biologia materialo aliĝanta al la surfaco.Tamen, pro ĝiaj bonegaj kontraŭ-biofouling propraĵoj, LOIS apenaŭ montras ajnan fluoreskecon.Por konfirmi ĝiajn kontraŭ-biofouling kaj kontraŭ-infektajn ecojn, LOIS estis aplikita al la surfaco de ortopediaj enplantaĵoj por osta sintezo (platoj kaj ŝraŭboj) kaj metita en kuniklofrakturmodelo.Antaŭ enplantado, la nuda ortopedia enplantaĵo kaj LOIS estis kovataj en bakteria suspendo dum 12 horoj.La antaŭ-inkubacio certigas ke biofilmo estas formita sur la surfaco de la senŝirma enplantaĵo por komparo.Figuro 1C montras foton de la fraktura loko 4 semajnojn post enplantado.Maldekstre, kuniklo kun nuda ortopedia enplantaĵo montris severan nivelon de inflamo pro la formado de biofilmo sur la surfaco de la enplantaĵo.La kontraŭa rezulto estis observita en kunikloj enplantitaj kun LOIS, tio estas, la ĉirkaŭaj histoj de LOIS montris nek signojn de infekto nek signojn de inflamo.Krome, la optika bildo maldekstre indikas la kirurgian lokon de la kuniklo kun la senŝirma enplantaĵo, indikante ke neniuj multoblaj gluoj ĉeestantaj sur la surfaco de la senŝirma enplantaĵo estis trovitaj sur la surfaco de la LOIS.Ĉi tio montras, ke LOIS havas longdaŭran stabilecon kaj havas la kapablon konservi siajn kontraŭbiologiajn malpurigajn kaj kontraŭ-adherajn ecojn.
(A) Skema diagramo de LOIS kaj ĝia enplantado en kuniklofemora frakturmodelo.(B) Fluoreska mikroskopiobildo de proteino kaj bakteria biofilmo sur nuda surfaco kaj LOIS-substrato.4 semajnojn post enplantado, (C) fotografia bildo de la frakturejo kaj (D) Rentgenfota bildo (elstarigita per ruĝa rektangulo).Bildo ĝentileco: Kyomin Chae, Universitato Yonsei.
La steriligitaj, elmontritaj negative enplantitaj kunikloj montris normalan ostan resanigprocezon sen iuj signoj de inflamo aŭ infekto.Aliflanke, SHP-enplantaĵoj antaŭ-inkubataj en bakteria suspendo elmontras infekt-rilatan inflamon sur la ĉirkaŭaj histoj.Ĉi tio povas esti atribuita al ĝia malkapablo malhelpi bakterian adheron dum longa tempo (Figuro S2).Por pruvi, ke LOIS ne influas la resanigprocezon, sed malhelpas eblajn infektojn ligitajn al enplantado, oni komparis rentgenajn bildojn de la elmontrita pozitiva matrico kaj LOIS ĉe la fraktura loko (Figuro 1D).La Rentgenfota bildo de la nuda pozitiva enplantaĵo montris persistajn osteolizliniojn, indikante ke la osto ne estis tute resanigita.Ĉi tio sugestas, ke la osta reakiro povas esti tre prokrastita pro infekto-rilata inflamo.Male, ĝi montris ke la kunikloj enplantitaj kun LOIS resaniĝis kaj ne montris ajnan evidentan frakturejon.
Por evoluigi medicinajn enplantaĵojn kun longperspektiva stabileco kaj funkcieco (inkluzive de rezisto al biomalpurigo), multaj klopodoj estis faritaj.Tamen, la ĉeesto de diversaj biologiaj substancoj kaj la dinamiko de histo-adhero limigas la disvolviĝon de iliaj klinike fidindaj metodoj.Por venki ĉi tiujn mankojn, ni evoluigis mikro/nano-tavoligitan strukturon kaj kemie modifitan surfacon, kiu estas optimumigita pro alta kapilara forto kaj kemia afineco por konservi la plej glatan lubrikaĵon en la plej granda mezuro.Figuro 2A montras la ĝeneralan produktadprocezon de LOIS.Unue, preparu medicinan gradon neoksidebla ŝtalo (SS) 304 substrato.Due, la mikro/nano-strukturo estas formita sur la SS-substrato per kemia akvaforto uzante hidrofluoracidan (HF) solvon.Por restarigi la korodan reziston de SS, nitracida acido (HNO3) solvo (31) estas uzata por prilabori la gravuritan substraton.Pasivado plibonigas la korodan reziston de la SS-substrato kaj signife bremsas la korodan procezon, kiu povas redukti la ĝeneralan agadon de LOIS.Tiam, formante mem-kunmetitan monotavolon (SAM) kun 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyltrietoksisilano (POTS), la surfaco estas kemie modifita por plibonigi la kemian interagadon inter la surfaco kaj la glata lubrikaĵo Afineco.La surfacmodifo signife reduktas la surfacan energion de la fabrikita mikro/nano-skala strukturita surfaco, kiu egalas la surfacan energion de la glata lubrikaĵo.Tio permesas al la lubrikaĵo esti tute malsekigita, tiel formante stabilan lubrikaĵtavolon sur la surfaco.La modifita surfaco elmontras plifortigitan hidrofobecon.La rezultoj montras, ke la glitiga lubrikaĵo elmontras stabilan konduton sur LOIS pro la alta kemia afineco kaj kapilara forto kaŭzita de la mikro/nano-strukturo (32, 33).La optikaj ŝanĝoj sur la surfaco de SS post surfaca modifo kaj lubrikaĵinjekto estis studitaj.La mikro/nanotavoligita strukturo formita sur la surfaco povas kaŭzi vidajn ŝanĝojn kaj mallumigi la surfacon.Ĉi tiu fenomeno estas atribuita al la plifortigita lumdisvastiga efiko sur la malglata surfaco, kiu pliigas la difuzan reflektadon kaŭzitan de la lumkapta mekanismo (34).Krome, post kiam la lubrikaĵo estas injektita, la LOIS fariĝas pli malhela.La lubrika tavolo igas malpli da lumo esti reflektita de la substrato, tiel mallumigante la LOIS.Por optimumigi la mikrostrukturon/nanostrukturon por montri la plej malgrandan glitan angulon (SA) por atingi kontraŭ-biofouling-agadon, skana elektrona mikroskopio (SEM) kaj atomparoj estis uzataj por plenumi malsamajn HF-akvaforttempojn (0, 3)., 15 kaj 60 minutoj) Forto-Mikroskopo (AFM) (Figuro 2B).SEM kaj AFM-bildoj montras ke post mallonga tempo de akvaforto (3 minutoj da akvaforto), la nuda substrato formis malebenan nanoskalan krudecon.La surfaca malglateco ŝanĝiĝas kun la akvaforta tempo (Figuro S3).La temp-varia kurbo montras, ke la surfaca malglateco daŭre pliiĝas kaj atingas pinton je 15 minutoj da akvaforto, kaj tiam nur eta malkresko en krudecvaloro estas observita ĉe 30 minutoj da akvaforto.Je ĉi tiu punkto, la nano-nivela malglateco estas gravurita for, dum la mikro-nivela malglateco vigle disvolvas, igante la malglatecŝanĝon pli stabila.Post akvaforto dum pli ol 30 minutoj, oni observas plian pliiĝon de malglateco, kiu estas detale klarigita jene: SS estas kunmetita el ŝtalo, alojita kun elementoj inkluzive de fero, kromo, nikelo, molibdeno kaj multaj aliaj elementoj.Inter tiuj elementoj, fero, kromo kaj molibdeno ludas gravan rolon en formado de mikrono/nano-skala malglateco sur la SS per HF-akvaforto.En la fruaj stadioj de korodo, fero kaj kromo estas plejparte koroditaj ĉar molibdeno havas pli altan korodan reziston ol molibdeno.Ĉar la akvaforto progresas, la akvaforta solvo atingas lokan trosaturiĝon, formante fluoridojn kaj oksidojn kaŭzitajn de akvaforto.Fluorido kaj oksido precipitas kaj eventuale redeponas sur la surfaco, formante surfacan malglatecon en la mikrono/nano-gamo (31).Ĉi tiu mikro/nano-nivela malglateco ludas gravan rolon en la mem-resanigaj trajtoj de LOIS.La duskala surfaco produktas sinergian efikon, multe pliigante la kapilaran forton.Ĉi tiu fenomeno permesas al la lubrikaĵo penetri la surfacon stabile kaj kontribuas al mem-resanigaj propraĵoj (35).La formado de krudeco dependas de la akvaforta tempo.Sub 10 minutoj da akvaforto, la surfaco enhavas nur nanoskalan krudecon, kiu ne sufiĉas por teni sufiĉe da lubrikaĵo por havi biomalpurigan reziston (36).Aliflanke, se la akvaforta tempo superas 30 minutojn, malaperos la nanoskala malglateco formita de la redemetado de fero kaj kromo, kaj nur la mikroskala malglateco restos pro molibdeno.Al la trogravurita surfaco mankas nanoskala krudeco kaj perdas la sinergian efikon de du-ŝtupa malglateco, kiu negative influas la mem-resanigajn trajtojn de LOIS.SA-mezuradoj estis faritaj sur substratoj kun malsamaj akvafortaj tempoj por pruvi kontraŭmalpurigan efikecon.Diversaj specoj de likvaĵoj estis elektitaj surbaze de viskozeco kaj surfaca energio, inkluzive de dejonigita (DI) akvo, sango, etilenglikolo (EG), etanolo (EtOH) kaj heksadekano (HD) (Figuro S4).La temp-varia akvaforta ŝablono montras, ke por diversaj likvaĵoj kun malsamaj surfacaj energioj kaj viskozecoj, la SA de LOIS post 15 minutoj da akvaforto estas la plej malalta.Sekve, LOIS estas optimumigita por gravuri dum 15 minutoj por formi mikronan kaj nanoskalan krudecon, kiu taŭgas por efike konservi la fortikecon de la lubrikaĵo kaj bonegajn kontraŭmalpurajn ecojn.
(A) Skema diagramo de la kvar-ŝtupa produktada procezo de LOIS.La enmetaĵo montras la SAM formitan sur la substrato.(B) SEM kaj AFM-bildoj, uzataj por optimumigi la mikro/nanan strukturon de la substrato sub malsamaj akvafortaj tempoj.Rentgenfota fotoelektrona spektroskopio (XPS) spektroj de (C) Cr2p kaj (D) F1s post surfacpasivado kaj SAM-tegaĵo.au, arbitra unuo.(E) Reprezentaj bildoj de akvogutetoj sur nudaj, gravuritaj, SHP kaj LOIS substratoj.(F) La kontakta angulo (CA) kaj SA mezurado de likvaĵoj kun malsamaj surfacaj tensioj sur SHP kaj LOIS.Datenoj estas esprimitaj kiel meznombro ± SD.
Tiam, por konfirmi la ŝanĝon en la kemiaj trajtoj de la surfaco, X-radia fotoelektrona spektroskopio (XPS) estis uzita por studi la ŝanĝon en la kemia konsisto de la substratsurfaco post ĉiu surfaca tegaĵo.Figuro 2C montras la XPS-mezurrezultojn de la HF gravurita surfaco kaj la HNO 3 traktita surfaco.La du ĉefaj pintoj ĉe 587.3 kaj 577.7 eV povas esti atribuitaj al la Cr-O-obligacio ekzistanta en la kromoksida tavolo, kio estas la ĉefdiferenco de la HF gravurita surfaco.Ĉi tio estas ĉefe pro la konsumo de fero kaj kroma fluorido sur la surfaco fare de HNO3.La HNO3-bazita akvaforto permesas al kromio formi pasivan oksidtavolon sur la surfaco, kiu igas la gravuritan SS denove rezistema al korodo.En figuro 2D, XPS-spektroj estis akiritaj por konfirmi ke fluorokarbon-bazita silano estis formita sur la surfaco post la SAM-tegaĵo, kiu havas ekstreme altan likvan forpeladon eĉ por EG, sango kaj EtOH.La SAM-tegaĵo estas kompletigita reagante silanajn funkciajn grupojn kun hidroksilgrupoj formitaj per plasmotraktado.Kiel rezulto, signifa pliiĝo en CF2 kaj CF3-pintoj estis observita.La deviga energio inter 286 kaj 296 eV indikas ke la kemia modifo estis sukcese kompletigita per la SAM-tegaĵo.SHP montras relative grandajn CF2 (290.1 ​​​​eV) kaj CF3 (293.3 eV) pintojn, kiuj estas kaŭzitaj de la fluorokarbon-bazita silano formita sur la surfaco.Figuro 2E montras reprezentajn optikajn bildojn de mezuradoj de kontaktoperspektivo (CA) por malsamaj grupoj de dejonigita akvo en kontakto kun nuda, gravurita, SHP kaj LOIS.Tiuj bildoj montras ke la gravurita surfaco iĝas hidrofila pro la mikro/nanostrukturo formita per kemia akvaforto tiel ke dejonigita akvo estas absorbita en la strukturon.Tamen, kiam la substrato estas kovrita per SAM, la substrato elmontras fortan akvorepeladon, do surfaca SHP estas formita kaj la kontakta areo inter akvo kaj la surfaco estas malgranda.Finfine, malpliiĝo de CA estis observita en LOIS, kiu povas esti atribuita al la penetro de lubrikaĵo en la mikrostrukturon, tiel pliigante la kontaktan areon.Por pruvi, ke la surfaco havas bonegan likvan forpeladon kaj ne-gluajn ecojn, la LOIS estis komparita kun la SHP-substrato per mezurado de CA kaj SA uzante diversajn likvaĵojn (Figuro 2F).Diversaj specoj de likvaĵoj estis elektitaj surbaze de viskozeco kaj surfaca energio, inkluzive de dejonigita akvo, sango, EG, EtOH kaj HD (Figuro S4).CA-mezurrezultoj montras ke kiam CA tendencas al HD, la reduktovaloro de CA, kie CA havas la plej malsupran surfacenergion.Krome, la LOIS de la totala CA estas malalta.Tamen, la SA-mezurado montras tute alian fenomenon.Krom la jonigita akvo, ĉiuj likvaĵoj aliĝas al la SHP-substrato sen forgliti.Aliflanke, LOIS montras tre malaltan SA, kie kiam la tuta likvaĵo estas klinita laŭ angulo pli malalta ol 10° ĝis 15°, la tuta likvaĵo forruliĝos.Tio forte montras ke la ne-adhesiveco de LOIS estas pli bona ol tiu de SHP-surfaco.Krome, LOIS-tegaĵoj ankaŭ estas aplikataj al diversaj specoj de materialoj, inkluzive de titanio (Ti), polifenilsulfona (PPSU), polioksimetileno (POM), polieteretercetono (PEEK) kaj biosorbeblaj polimeroj (PLGA), Ili estas enplanteblaj ortopediaj materialoj (Figuro). S5)).La sinsekvaj bildoj de la gutetoj sur la materialo traktita per LOIS montras ke la kontraŭ-biofouling propraĵoj de LOIS estas la samaj sur ĉiuj substratoj.Krome, la mezurrezultoj de CA kaj SA montras, ke la ne-gluaj propraĵoj de LOIS povas esti aplikataj al aliaj materialoj.
Por konfirmi la kontraŭ-sukcesajn trajtojn de LOIS, diversaj specoj de substratoj (inkluzive de nudaj, akvafortitaj, SHP kaj LOIS) estis kovataj kun Pseudomonas aeruginosa kaj MRSA.Ĉi tiuj du bakterioj estis elektitaj kiel reprezentaj hospitalbakterioj, kiuj povas konduki al la formado de biofilmoj, kondukante al SSI (37).Figuro 3 (A kaj B) montras la fluoreskecmikroskopajn bildojn kaj la mezurrezultojn de la unuo formanta kolonio (CFU) de la substratoj kovitaj en la bakteria suspendo por mallongdaŭra (12 horoj) kaj longtempa (72 horoj), respektive.En mallonga tempo, bakterioj formos aretojn kaj kreskos en grandeco, kovrante sin per mukosimilaj substancoj kaj malhelpante ilian forigon.Tamen, dum la 72-hora kovado, la bakterioj maturiĝos kaj facile disiĝas por formi pli da kolonioj aŭ aretoj.Tial oni povas konsideri, ke 72-hora kovado estas longdaŭra kaj estas la taŭga kovado por formi fortan biofilmon sur la surfaco (38).En mallonga tempodaŭro, la gravurita surfaco kaj la surfaco de la SHP elmontris bakterian adheron, kiu estis reduktita je proksimume 25% ĝis 50% kompare kun la nuda substrato.Tamen, pro ĝia bonega kontraŭ-biofouling-agado kaj stabileco, LOIS ne montris bakterian biofilmadheron baldaŭ kaj longtempe.La skema diagramo (Figuro 3C) priskribas la klarigon de la kontraŭ-biologia malpuriga mekanismo de la akvaforta solvo, SHP kaj LOIS.La supozo estas ke la gravurita substrato kun hidrofilaj trajtoj havos pli grandan surfacareon ol la nuda substrato.Tial, pli da bakteria adhero okazos sur la gravurita substrato.Tamen, kompare kun la nuda substrato, la gravurita substrato havas signife malpli da biofilmo formita sur la surfaco.Ĉi tio estas ĉar akvaj molekuloj firme ligiĝas al la hidrofila surfaco kaj agas kiel lubrikaĵo por akvo, tiel malhelpante la aliĝon de bakterioj baldaŭ (39).Tamen, la tavolo de akvomolekuloj estas tre maldika kaj solvebla en bakteriaj suspendoj.Tial la akva molekula tavolo malaperas dum longa tempo, kondukante al ampleksa bakteria adhero kaj proliferado.Por SHP, pro ĝiaj mallongperspektivaj ne-malsekaj trajtoj, bakteria adhero estas inhibiciita.La reduktita bakteria adhero povas esti atribuita al aerpoŝoj kaptitaj en la tavoligita strukturo kaj pli malalta surfacenergio, tiel minimumigante kontakton inter la bakteria suspendo kaj la surfaco.Tamen, ampleksa bakteria adhero estis observita en SHP ĉar ĝi perdis siajn kontraŭsukcesajn trajtojn dum longa tempo.Ĉi tio estas ĉefe pro la malapero de aerpoŝoj pro hidrostatika premo kaj la dissolvo de aero en akvo.Ĉi tio estas ĉefe pro la malapero de aerpoŝoj pro dissolvo kaj la tavoligita strukturo kiu disponigas pli grandan surfacareon por adhero (27, 40).Male al ĉi tiuj du substratoj, kiuj havas gravan efikon sur longdaŭra stabileco, la lubrika lubrikaĵo enhavita en LOIS estas injektita en la mikro/nano-strukturon kaj ne malaperos eĉ longtempe.Lubrikaĵoj plenigitaj kun mikro/nanostrukturoj estas tre stabilaj kaj estas forte altiritaj al la surfaco pro sia alta kemia afineco, tiel malhelpante bakterian adheron dum longa tempo.Figuro S6 montras reflektan konfokusan mikroskopbildon de lubrikaĵ-infuzita substrato mergita en fosfato bufrita saloko (PBS).Kontinuaj bildoj montras, ke eĉ post 120 horoj da eta skuado (120 rpm), la lubrikaĵa tavolo sur la LOIS restas senŝanĝa, indikante longdaŭran stabilecon sub flukondiĉoj.Ĉi tio estas pro la alta kemia afineco inter la fluor-bazita SAM-tegaĵo kaj la perfluorokarbon-bazita lubrikaĵo, tiel ke stabila lubrikaĵtavolo povas esti formita.Sekve, la kontraŭmalpuriga rendimento estas konservita.Krome, la substrato estis testita kontraŭ reprezentaj proteinoj (albumino kaj fibrinogeno), kiuj estas en plasmo, ĉeloj proksime rilataj al imuna funkcio (makrofagoj kaj fibroblastoj), kaj tiuj rilataj al ostoformado.La enhavo de kalcio estas tre alta.(Figuro 3D, 1 kaj 2, kaj Figuro S7) (41, 42).Krome, la fluoreskecaj mikroskopaj bildoj de la adhertesto por fibrinogeno, albumino kaj kalcio montris malsamajn adherajn trajtojn de ĉiu substrata grupo (Figuro S8).Dum osta formado, lastatempe formitaj ostaj kaj kalciaj tavoloj povas ĉirkaŭi la ortopedian enplantaĵon, kio ne nur malfaciligas forigon, sed ankaŭ povas kaŭzi neatenditan damaĝon al la paciento dum la foriga procezo.Tial malaltaj niveloj de kalciaj kuŝejoj sur ostaj platoj kaj ŝraŭboj estas utilaj por ortopedia kirurgio, kiu postulas enplantaĵforigon.Surbaze de la kvantigo de la alfiksita areo bazita sur la fluoreskeca intenseco kaj la ĉelkalkulo, ni konfirmis, ke LOIS montras bonegajn kontraŭ-biofouling-propraĵojn por ĉiuj biologiaj substancoj kompare kun aliaj substratoj.Laŭ la rezultoj de en vitro eksperimentoj, la kontraŭbiologia malpurigo LOIS povas esti aplikita al ortopediaj enplantaĵoj, kiuj povas ne nur malhelpi infektojn kaŭzitajn de biofilm bakterioj, sed ankaŭ redukti inflamon kaŭzitan de la aktiva imunsistemo de la korpo.
(A) Fluoreskaj mikroskopbildoj de ĉiu grupo (nuda, gravurita, SHP kaj LOIS) kovataj en Pseudomonas aeruginosa kaj MRSA-pendadoj dum 12 kaj 72 horoj.(B) La nombro da aliĝanta CFU de Pseudomonas aeruginosa kaj MRSA sur la surfaco de ĉiu grupo.(C) Skema diagramo de la kontraŭbiologia malpuriga mekanismo de mallongdaŭra kaj longtempa akvaforto, SHP kaj LOIS.(D) (1) La nombro da fibroblastoj aliĝis al ĉiu substrato kaj fluoreskecaj mikroskopaj bildoj de la ĉeloj aliĝis al la nuda kaj LOIS.(2) Testo de aliĝo de imun-rilataj proteinoj, albumino kaj kalcio implikitaj en la osta resaniga procezo (* P <0,05, ** P <0,01, *** P <0,001 kaj **** P <0,0001).ns, ne gravas.
En la kazo de neeviteblaj koncentritaj streĉoj, mekanika fortikeco ĉiam estis la ĉefa defio por la aplikado de kontraŭŝpuraj tegaĵoj.Tradiciaj kontraŭ-kloakaj ĝelmetodoj estas bazitaj sur polimeroj kun malalta akvosolvebleco kaj malfortikeco.Tial, ili estas kutime sentemaj al mekanika streso en biomedicinaj aplikoj.Sekve, meĥanike daŭraj antifouling-tegaĵoj restas defio por aplikoj kiel ekzemple ortopediaj enplantaĵoj (43, 44).Figuro 4A(1) montras la du ĉefajn specojn de streso aplikita al ortopediaj enplantaĵoj, inkluzive de gratado (tondstreĉo) kaj kunpremado kun la optika bildo de la damaĝita enplantaĵo produktita de la forcepso.Ekzemple, kiam la ŝraŭbo estas streĉita per ŝraŭbturnilo, aŭ kiam la kirurgo tenas la ostan platon firme per pinĉilo kaj aplikas kunpreman forton, la plasta osta plato estos difektita kaj gratita sur kaj la makroo kaj mikro/nano-skvamoj (Figuro 4A, 2) .Por testi ĉu la fabrikita LOIS povas elteni ĉi tiujn damaĝojn dum plastika kirurgio, nanoindentaĵo estis farita por kompari la malmolecon de la nuda substrato kaj la LOIS sur la mikro/nano-skalo por studi la mekanikajn trajtojn de la mikro/nanostrukturo Efiko (Figuro). 4B).La skema diagramo montras la malsaman deformadkonduton de LOIS pro la ĉeesto de mikro/nanostrukturoj.Forto-movo-kurbo estis desegnita surbaze de la rezultoj de nanoindentado (Figuro 4C).La blua bildo reprezentas la nudan substraton, kiu montras nur iometan deformadon, kiel vidite per la maksimuma indentprofundo de 0.26-μm.Aliflanke, la laŭpaŝa pliiĝo en nanoindenta forto kaj movo observita en LOIS (ruĝa kurbo) povas montri signojn de reduktitaj mekanikaj propraĵoj, rezultigante nanoindentprofundon de 1.61μm.Tio estas ĉar la mikro/nanostrukturo ĉeestanta en la LOIS disponigas pli profundan progresspacon por la pinto de la nanoindentor, tiel ke ĝia deformado estas pli bonega ol tiu de la nuda substrato.Konsta-Gdoutos et al.(45) opinias, ke pro la ĉeesto de nanostrukturoj, nanoindentado kaj mikro/nana malglateco kondukas al neregulaj nanoindentaj kurboj.La ombrita areo egalrilatas al la neregula deformadkurbo atribuita al la nanostrukturo, dum la ne-ombrita areo estas atribuita al la mikrostrukturo.Ĉi tiu deformado povas damaĝi la mikrostrukturon/nanostrukturon de la tena lubrikaĵo kaj negative influi ĝian kontraŭmalpuran agadon.Por studi la efikon de difekto sur LOIS, neevitebla damaĝo al mikro/nanostrukturoj estis reproduktita en la korpo dum plastika kirurgio.Uzante sangajn kaj proteinajn adherajn testojn, la stabileco de la kontraŭ-biofouling propraĵoj de LOIS post in vitro povas esti determinita (Figuro 4D).Serio de optikaj bildoj montras la damaĝon kiu okazis proksime de la truoj de ĉiu substrato.Testo de sanga adhero estis farita por pruvi la efikon de mekanika damaĝo sur la kontraŭ-biofouling tegaĵo (Figuro 4E).Kiel SHP, la kontraŭ-sukcesaj propraĵoj perdiĝas pro damaĝo, kaj LOIS elmontras bonegajn kontraŭ-sukcesajn trajtojn forpuŝante sangon.Ĉi tio estas ĉar, ĉar la surfaca energio estas pelita de la kapilara ago kovranta la difektitan areon, la fluo en la mikrostrukturita lubrikaĵo restarigas la kontraŭmalpurigajn ecojn (35).La sama tendenco estis observita en la proteina adhertesto uzante albuminon.En la difektita areo, la adhero de proteino sur la surfaco de SHP estas vaste observita, kaj mezurante ĝian arean kovradon, ĝi povas esti kvantigita kiel duono de la adhernivelo de la nuda substrato.Aliflanke, LOIS konservis ĝiajn kontraŭ-biofouling-propraĵojn sen kaŭzi aliĝon (Figuro 4, F kaj G).Krome, la surfaco de la ŝraŭbo ofte estas submetita al forta mekanika streso, kiel borado, do ni studis la kapablon de la LOIS-tegaĵo resti nerompita sur la ŝraŭbo in vitro.Figuro 4H montras optikajn bildojn de malsamaj ŝraŭboj, inkluzive de nudaj, SHP kaj LOIS.La ruĝa rektangulo reprezentas la celregionon kie forta mekanika streso okazas dum osta enplantado.Simile al la proteinadherotesto de la plato, fluoreskeca mikroskopo estas uzata por bildigi la proteinadheron kaj mezuri la kovran areon por pruvi la integrecon de la LOIS-tegaĵo, eĉ sub forta mekanika streso (Figuro 4, I kaj J).La LOIS-traktitaj ŝraŭboj elmontras bonegan kontraŭ-suliĝan rendimenton, kaj preskaŭ neniu proteino aliĝas al la surfaco.Aliflanke, proteinadhero estis observita en nudaj ŝraŭboj kaj SHP-ŝraŭboj, kie la areopriraportado de SHP-ŝraŭboj estis unu'triono de tiu de nudaj ŝraŭboj.Krome, la ortopedia enplantaĵo uzata por fiksado devas esti meĥanike forta por elteni la streĉon aplikitan al la fraktura loko, kiel montrite en Figuro 4K.Tial, fleksa testo estis farita por determini la efikon de kemia modifo sur mekanikaj trajtoj.Krome, ĉi tio estas farita por konservi la fiksan streĉon de la enplantaĵo.Apliki vertikalan mekanikan forton ĝis la enplantaĵo estas plene faldita kaj streĉa-streĉiĝkurbo estas akirita (Figuro 4L, 1).Du propraĵoj inkluzive de la modulo kaj fleksa forto de Young estis komparitaj inter nudaj kaj LOIS-substratoj kiel indikiloj de ilia mekanika forto (Figuro 4L, 2 kaj 3).La modulo de Young indikas la kapablon de materialo elteni mekanikajn ŝanĝojn.La modulo de Young de ĉiu substrato estas 41.48±1.01 kaj 40.06±0.96 GPa, respektive;la observita diferenco estas ĉirkaŭ 3,4%.Krome, estas raportite, ke la fleksa forto, kiu determinas la fortikecon de la materialo, estas 102,34±1,51 GPa por la nuda substrato kaj 96,99±0,86 GPa por SHP.La nuda substrato estas proksimume 5.3% pli alta.La eta malkresko de mekanikaj trajtoj povas esti kaŭzita de la noĉa efiko.En la noĉa efiko, la mikro/nana malglateco povas funkcii kiel aro de noĉoj, kondukante al loka streĉa koncentriĝo kaj influante la mekanikajn trajtojn de la enplantaĵo (46).Tamen, surbaze de la fakto, ke la rigideco de homa kortikala osto estas raportita esti inter 7.4 kaj 31.6 GPa, kaj la mezurita LOIS-modulo superas tiun de homa kortikala osto (47), la LOIS sufiĉas por subteni la frakturon kaj ĝian ĝeneralan. mekanikaj trajtoj estas minimume trafitaj per surfacmodifo.
(A) Skema diagramo de (1) la mekanika streĉo aplikita al la ortopedia enplantaĵo dum la operacio, kaj (2) la optika bildo de la difektita ortopedia enplantaĵo.(B) Skema diagramo de nano-mekanikaj trajtoj mezurado per nanoindentation kaj LOIS sur la nuda surfaco.(C) Nanoindentation forto-delokiĝa kurbo de nuda surfaco kaj LOIS.(D) Post en vitraj eksperimentoj, simulu la optikajn bildojn de malsamaj specoj de ortopediaj platoj (la difektita areo estas reliefigita per ruĝa rektangulo) por simuli la mekanikan streĉon kaŭzitan dum la operacio.(E) Testo de sango-adhero kaj (F) testo de proteino-adhero de la difektita ortopedia plato-grupo.(G) Mezuru la arean kovradon de la proteino aliĝanta al la telero.(H) Optikaj bildoj de malsamaj specoj de ortopediaj ŝraŭboj post la en vitro eksperimento.(I) Proteina adhertesto por studi la integrecon de malsamaj tegaĵoj.(J) Mezuru la arean kovradon de la proteino aliĝanta al la ŝraŭbo.(K) La movado de la kuniklo celas generi fiksan streĉon sur la rompita osto.(L) (1) Kurbi testrezultojn kaj optikajn bildojn antaŭ kaj post fleksado.La diferenco en (2) la modulo de Young kaj (3) fleksa forto inter nuda enplantaĵo kaj SHP.Datumoj estas esprimitaj kiel meznombro ± SD (*P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001 kaj ****P<0.0001).Bildo ĝentileco: Kyomin Chae, Universitato Yonsei.
En klinikaj situacioj, la plej multaj bakteriaj kontaktoj kun biologiaj materialoj kaj vundejoj venas de maturaj, maturaj biofilmoj (48).Tial la usonaj Centroj por Malsanoj Kontrolo kaj Antaŭzorgo taksas, ke 65% de ĉiuj homaj infektoj rilatas al biofilmoj (49).En ĉi tiu kazo, estas necese disponigi en viva eksperimentan dezajnon kiu disponigas konsekvencan biofilmformadon sur la surfaco de la enplantaĵo.Sekve, ni evoluigis kuniklan femurfrakturmodelon en kiu ortopediaj enplantaĵoj estis antaŭinkubataj en bakteria suspendo kaj poste enplantitaj en kuniklaj femuraloj por studi la kontraŭmalpurajn ecojn de LOIS en vivo.Pro la sekvaj tri gravaj faktoj, bakteriaj infektoj estas induktitaj per antaŭkulturo prefere ol rekta injekto de bakteriaj suspendoj: (i) La imunsistemo de kunikloj estas nature pli forta ol tiu de homoj;tial, injekto de bakteriaj suspendoj kaj planktonaj bakterioj eblas Ĝi ne efikas sur la formado de biofilmoj.(Ii) Planktonaj bakterioj estas pli sentemaj al antibiotikoj, kaj antibiotikoj estas kutime uzitaj post kirurgio;fine, (iii) la planktonaj bakteriaj suspendoj povas esti diluita de la korpaj fluidoj de la besto (50).Antaŭ-kultivante la enplantaĵon en bakteria suspendo antaŭ enplantado, ni povas ĝisfunde studi la malutilajn efikojn de bakteria infekto kaj fremdkorpa reago (FBR) sur la osta resaniga procezo.La kunikloj estis oferitaj 4 semajnojn post enplantado, ĉar la osteointegriĝo esenca por la osta resaniga procezo estos kompletigita ene de 4 semajnoj.Tiam, la enplantaĵoj estis forigitaj de la kunikloj por kontraŭfluaj studoj.Figuro 5A montras la proliferan mekanismon de bakterioj.La infektita ortopedia enplantaĵo estas enkondukita en la korpon.Kiel rezulto de antaŭ-inkubacio en bakteria suspendo, ses el la ses kunikloj enplantitaj kun nudaj enplantaĵoj estis infektitaj, dum neniu el la kunikloj enplantitaj kun LOIS-traktataj enplantaĵoj estis infektita.Bakteriaj infektoj okazas en tri paŝoj, inkluzive de kresko, maturiĝo kaj disvastigo (51).Unue, la alkroĉitaj bakterioj reproduktiĝas kaj kreskas sur la surfaco, kaj tiam la bakterioj formas biofilmon kiam ili sekrecias eksterĉelan polimeron (EPS), amiloidon kaj eksterĉelan DNA.Biofilmo ne nur malhelpas la penetron de antibiotikoj, sed ankaŭ antaŭenigas la amasiĝon de antibiotikaj degradaj enzimoj (kiel β-lactamase) (52).Fine, la biofilmo disvastigas la maturajn bakteriojn en la ĉirkaŭajn histojn.Tial infekto okazas.Krome, kiam fremda korpo eniras la korpon, infekto, kiu povas kaŭzi fortan imunreagon, povas kaŭzi severan inflamon, doloron kaj malpliigon de imuneco.Figuro 5B disponigas superrigardon de la FBR kaŭzita de la enmeto de ortopedia enplantaĵo, prefere ol la imunreago kaŭzita de bakteria infekto.La imunsistemo rekonas la enmetitan enplantaĵon kiel fremdan korpon, kaj tiam igas la ĉelojn kaj histojn reagi por enkapsuligi la fremdan korpon (53).En la fruaj tagoj de FBR, provizomatrico estis formita sur la surfaco de ortopediaj enplantaĵoj, kiuj rezultigis la adsorbadon de fibrinogeno.La adsorbita fibrinogeno tiam formas tre densan fibrinan reton, kiu antaŭenigas la ligon de leŭkocitoj (54).Post kiam la fibrina reto estas formita, akra inflamo okazos pro la enfiltriĝo de neutrofiloj.En ĉi tiu paŝo, diversaj citokinoj kiel ekzemple tumora nekrozofaktoro-α (TNF-α), interleukin-4 (IL-4) kaj IL-β estas liberigitaj, kaj monocitoj komencas infiltri la enplantejon kaj diferenciĝi en gigantajn ĉelojn.Fago (41, 55, 56).Redukti FBR ĉiam estis defio ĉar troa FBR povas kaŭzi akutan kaj kronikan inflamon, kiu povas konduki al mortigaj komplikaĵoj.Por taksi la efikon de bakteriaj infektoj en la histoj ĉirkaŭantaj la nudan enplantaĵon kaj LOIS, hematoksilino kaj eozino (H&E) kaj Masson trikroma (MT) makulado estis uzataj.Por kunikloj enplantitaj kun nudaj substratoj, severaj bakteriaj infektoj progresis, kaj H&E-histolumbildoj klare montris abscesojn kaj nekrozon kaŭzitajn de inflamo.Aliflanke, la ekstreme forta kontraŭ-biofouling surfaco LOIS malhelpas bakterian adheron, do ĝi montras neniujn signojn de infekto kaj reduktas inflamon (Figuro 5C).La rezultoj de MT-makulado montris la saman tendencon.Tamen, MT-makulado ankaŭ montris edemon en kunikloj enplantitaj kun LOIS, indikante ke reakiro estas okazonta (Figuro 5D).Por studi la gradon de imunreago, imunohistokemia (IHC) makulado estis farita uzante citokinojn TNF-α kaj IL-6 rilatajn al imuna respondo.Nuda negativa enplantaĵo kiu ne estis eksponita al bakterioj estis komparita kun LOIS kiu estis eksponita al bakterioj sed ne infektita por studi la resanigprocezon en la foresto de bakteria infekto.Figuro 5E montras optikan bildon de IHC-glitado kiu esprimas TNF-α.La bruna areo reprezentas la imunreagon, indikante ke la imunreago en LOIS estas iomete reduktita.Krome, la esprimo de IL-6 en LOIS estis signife malpli ol la negativa esprimo de sterila nuda (Figuro 5F).La esprimo de citokino estis kvantigita per mezurado de la areo de antikorpa makulo responda al la citokino (Figuro 5G).Kompare kun la kunikloj eksponitaj al la negativaj enplantaĵoj, la esprimniveloj de la kunikloj enplantitaj kun LOIS estis pli malaltaj, montrante signifan diferencon.La malpliiĝo de citokin-esprimo indikas, ke la longdaŭraj, stabilaj kontraŭ-sukcesaj propraĵoj de LOIS ne nur rilatas al la inhibicio de bakteriaj infektoj, sed ankaŭ al la malkresko de FBR, kiu estas induktita de makrofagoj aliĝantaj al la substrato (53, 57, 58).Tial, la reduktita imunreago pro la imun-evitaj propraĵoj de LOIS povas solvi la kromefikojn post enplantado, kiel troa imuna respondo post plastika kirurgio.
(A) Skema diagramo de la mekanismo de biofilmformado kaj disvastiĝo sur la surfaco de infektita ortopedia enplantaĵo.eDNA, eksterĉela DNA.(B) Skema diagramo de imuna respondo post enmetado de ortopedia enplantaĵo.(C) H&E-makulado kaj (D) MT-makulado de la ĉirkaŭaj histoj de ortopediaj enplantaĵoj kun nuda pozitivo kaj LOIS.IHC de imun-rilataj citokinoj (E) TNF-α kaj (F) IL-6 estas makulitaj bildoj de nud-negativaj kaj LOIS-enplantitaj kunikloj.(G) Kvantigo de esprimo de citokinoj per mezurado de areokovrado (** P <0.01).
La biokongrueco de LOIS kaj ĝia efiko al osta resanigprocezo estis ekzamenitaj en vivo uzante diagnozan bildigon [rentgenradio kaj mikrokomputita tomografio (CT)] kaj osteoklasto IHC.Figuro 6A montras la ostan resanigan procezon engaĝante tri malsamajn stadiojn: inflamo, riparo kaj restrukturado.Kiam okazas frakturo, inflamaj ĉeloj kaj fibroblastoj penetros en la rompitan oston kaj komencos kreski en la vaskula histo.Dum la riparfazo, la enkresko de angia histo disvastiĝas proksime de la frakturejo.Vaskula histo provizas nutraĵojn por la formado de nova osto, kiu nomiĝas kalo.La fina etapo de la osta resaniga procezo estas la restruktura etapo, en kiu la grandeco de la kalo estas reduktita al la grandeco de normala osto helpe de pliigo de la nivelo de aktivigitaj osteoklastoj (59).Tridimensia (3D) rekonstruo de la frakturejo estis farita per mikro-CT-skanadoj por observi la diferencojn en la nivelo de kaloformado en ĉiu grupo.Observu la sekcon de la femuralo por observi la dikecon de la kalo ĉirkaŭanta la rompitan oston (Figuro 6, B kaj C).X-radioj ankaŭ estis uzataj por ekzameni la frakturejojn de ĉiuj grupoj ĉiun semajnon por observi la malsamajn ostajn regenerajn procezojn en ĉiu grupo (Figuro S9).Kalo kaj maturaj ostoj estas montritaj en blua/verda kaj eburo, respektive.Plej molaj histoj estas filtritaj per antaŭfiksita sojlo.Nuda pozitiva kaj SHP konfirmis la formadon de malgranda kvanto de kalo ĉirkaŭ la frakturejo.Aliflanke, la senŝirma negativo de LOIS kaj la frakturejo estas ĉirkaŭitaj de dika kalo.Mikro-CT-bildoj montris, ke la formado de kalo estis malhelpita de bakteria infekto kaj infekt-rilata inflamo.Ĉi tio estas ĉar la imuna sistemo prioritatas la resanigon de sepsaj vundoj kaŭzitaj de infekt-rilata inflamo, prefere ol osta reakiro (60).IHC kaj Tartrate-rezistema Acid Phosphatase (TRAP) makulado estis farita por observi osteoklastan aktivecon kaj ostan resorbadon (Figuro 6D) (61).Nur kelkaj aktivigitaj osteoklastoj makulitaj purpuraj estis trovitaj en nudaj pozitivoj kaj SHP.Aliflanke, multaj aktivigitaj osteoklastoj estis observitaj proksime de la nudaj pozitivaj kaj maturaj ostoj de LOIS.Ĉi tiu fenomeno indikas, ke en la ĉeesto de osteoklastoj, la kalo ĉirkaŭ la fraktura loko spertas perfortan restrukturan procezon (62).La osta volumo kaj osteoklasta esprima areo de la kalo estis mezuritaj por kompari la nivelon de kaloformado ĉirkaŭ la fraktura loko en ĉiuj grupoj, por kvantigi la mikro-CT-skanadon kaj IHC-rezultojn (Figuro 6E, 1 kaj 2).Kiel atendite, la nudaj negativoj kaj kaloformado en LOIS estis signife pli altaj ol en la aliaj grupoj, indikante ke pozitiva osta restrukturado okazis (63).Figuro S10 montras la optikan bildon de la kirurgia loko, la MT-makula rezulto de la histo kolektita proksime de la ŝraŭbo, kaj la TRAP-makula rezulto elstariganta la ŝraŭb-ostan interfacon.En la nuda substrato, forta kalo kaj fibroza formado estis observita, dum la LOIS-traktita enplantaĵo montris relative neadheran surfacon.Simile, kompare kun nudaj negativoj, pli malalta fibrozo estis observita en kunikloj enplantitaj kun LOIS, kiel indikite per la blankaj sagoj.Krome, la firma edemo (blua sago) povas esti atribuita al la imunaj evitaj propraĵoj de LOIS, tiel reduktante severan inflamon.La negluita surfaco ĉirkaŭ la enplantaĵo kaj reduktita fibrozo sugestas, ke la foriga procezo estas pli facila, kio kutime rezultigas aliajn frakturojn aŭ inflamon.La osta resaniga procezo post ŝraŭboforigo estis taksita per la osteoklasta agado ĉe la ŝraŭb-osta interfaco.Kaj la nuda osto kaj la LOIS-enplantaĵinterfaco absorbis similajn nivelojn de osteoklastoj al plia osta resanigo, indikante ke la LOIS-tegaĵo havas neniun negativan efikon al osta resanigo aŭ imunreago.Por konfirmi, ke la surfaca modifo farita sur la LOIS ne malhelpas la ostan resanigprocezon, X-radia ekzameno estis uzata por kompari la ostan resanigon de la kunikloj kun elmontritaj negativaj jonoj kaj 6 semajnojn de LOIS-enplantado (Figuro 6F).La rezultoj montris, ke kompare kun la neinfektita nuda pozitiva grupo, LOIS montris la saman gradon de osta resanigo, kaj ne estis evidentaj signoj de frakturo (kontinua osteoliza linio) en ambaŭ grupoj.
(A) Skema diagramo de osta resaniga procezo post frakturo.(B) La diferenco en la grado de kaloformado de ĉiu surfaca grupo kaj (C) la sekca bildo de la frakturejo.(D) TRAP-makulado por bildigi osteoklastan agadon kaj ostan resorbadon.Surbaze de TRAP-agado, la formado de ekstera kalo de kortikala osto estis kvante analizita per (E) (1) mikro-CT kaj (2) osteoklasta agado.(F) 6 semajnojn post enplantado, Rentgenfotaj bildoj de la rompita osto de la elmontrita negativo (elstarigita per la ruĝa strekita rektangulo) kaj LOIS (elstarigita per la blua strekita rektangulo).Statistika analizo estis farita per unudirekta analizo de varianco (ANOVA).* P <0.05.** P <0,01.
Mallonge, LOIS provizas novan specon de kontraŭbakteria infekta strategio kaj imunan eskapan tegaĵon por ortopediaj enplantaĵoj.Konvenciaj ortopediaj enplantaĵoj kun SHP-funkciigo elmontras mallongperspektivajn kontraŭ-biofouling-propraĵojn, sed ne povas konservi siajn trajtojn dum longa tempo.La superhidrofobeco de la substrato kaptas aervezikojn inter la bakterioj kaj la substrato, tiel formante aerpoŝojn, tiel malhelpante bakterian infekton.Tamen, pro la disvastigo de aero, ĉi tiuj aerpoŝoj estas facile forigitaj.Aliflanke, LOIS bone pruvis sian kapablon malhelpi biofilm-rilatajn infektojn.Tial, pro la kontraŭ-malakceptoj de la lubrikaĵa tavolo injektita en la tavoligitan mikro/nanostrukturan surfacon, infekt-rilata inflamo povas esti malhelpita.Diversaj karakterizaj metodoj inkluzive de SEM, AFM, XPS kaj CA-mezuradoj estas uzataj por optimumigi LOIS-produktadkondiĉojn.Krome, LOIS ankaŭ povas esti aplikita al diversaj biologiaj materialoj ofte uzataj en ortopedia fiksa ekipaĵo, kiel PLGA, Ti, PE, POM kaj PPSU.Tiam, LOIS estis testita en vitro por pruvi ĝiajn kontraŭ-biofouling-propraĵojn kontraŭ bakterioj kaj biologiaj substancoj ligitaj al imuna respondo.La rezultoj montras, ke ĝi havas bonegajn kontraŭbakteriajn kaj kontraŭ-biofouling-efikojn kompare kun la nuda enplantaĵo.Krome, LOIS montras mekanikan forton eĉ post aplikado de mekanika streso, kiu estas neevitebla en plastika kirurgio.Pro la mem-resanigaj propraĵoj de la lubrikaĵo sur la surfaco de la mikro/nanostrukturo, LOIS sukcese konservis siajn kontraŭbiologiajn malpurigajn ecojn.Por studi la biokongruecon kaj kontraŭbakteriajn trajtojn de LOIS en vivo, LOIS estis enplantita en kunikla femuralo dum 4 semajnoj.Neniu bakteria infekto estis observita en kunikloj enplantitaj kun LOIS.Krome, la uzo de IHC montris reduktitan nivelon de loka imunreago, indikante ke LOIS ne malhelpas la ostan resanigprocezon.LOIS elmontras bonegajn kontraŭbakteriajn kaj imunajn evitajn ecojn, kaj estis pruvita efike malhelpi biofilmformadon antaŭ kaj dum ortopedia kirurgio, precipe por osta sintezo.Uzante kuniklo-medolo-inflaman femurfrakturmodelon, la efiko de biofilm-rilataj infektoj sur la osta resaniga procezo induktita de antaŭ-inkubataj enplantaĵoj estis profunde studita.Kiel estonta studo, nova en viva modelo estas necesa por studi eblajn infektojn post enplantado por plene kompreni kaj malhelpi biofilm-rilatajn infektojn dum la tuta resaniga procezo.Krome, osteoindukto daŭre estas nesolvita defio en integriĝo kun LOIS.Plia esplorado estas necesa por kombini selekteman adheron de osteoinduktaj ĉeloj aŭ regenera medicino kun LOIS por venki la defion.Ĝenerale, LOIS reprezentas promesplenan ortopedian enplantan tegaĵon kun mekanika fortikeco kaj bonegaj kontraŭ-biofouling propraĵoj, kiuj povas redukti SSI kaj imunajn kromefikojn.
Lavu la substraton de 15mm x 15mm x 1mm 304 SS (Dong Kang M-Tech Co., Koreio) en acetono, EtOH kaj DI-akvo dum 15 minutoj por forigi poluaĵojn.Por formi mikro/nano-nivelan strukturon sur la surfaco, la purigita substrato estas mergita en 48% ĝis 51% HF-solvo (DUKSAN Corp., Sud-Koreio) je 50 °C.La akvaforta tempo varias de 0 ĝis 60 minutoj.Tiam, la gravurita substrato estis purigita per dejonigita akvo kaj metita en 65% HNO3 (Korea DUKSAN Corp.) solvo je 50 °C dum 30 minutoj por formi kroman oksidan pasivan tavolon sur la surfaco.Post pasivigo, la substrato estas lavita kun dejonigita akvo kaj sekigita por akiri substraton kun tavoligita strukturo.Poste, la substrato estis elmontrita al oksigena plasmo (100 W, 3 minutoj), kaj tuj mergita en solvo de 8,88 mM POTS (Sigma-Aldrich, Germanio) en tolueno ĉe ĉambra temperaturo dum 12 horoj.Tiam, la substrato kovrita per POTS estis purigita per EtOH, kaj kalzita je 150 °C dum 2 horoj por akiri densan POTS SAM.Post la tegaĵo de SAM, lubrikaĵa tavolo estis formita sur la substrato per aplikado de perfluoropolietera lubrikaĵo (Krytox 101; DuPont, Usono) kun ŝarĝa volumo de 20 μm/cm 2. Antaŭ uzo, filtru la lubrikaĵon tra 0,2 mikrona filtrilo.Forigu troan lubrikaĵon klinante je 45° angulo dum 15 minutoj.La sama produktadproceduro estis uzita por ortopediaj enplantaĵoj faritaj el 304 SS (ŝlosa plato kaj kortikala ŝlosŝraŭbo; Dong Kang M-Tech Co., Koreio).Ĉiuj ortopediaj enplantaĵoj estas dizajnitaj por konveni la geometrion de la kuniklo-femur.
La surfaca morfologio de la substrato kaj ortopediaj enplantaĵoj estis inspektita per kampemisio SEM (Inspect F50, FEI, Usono) kaj AFM (XE-100, Park Systems, Sud-Koreio).La surfaca malglateco (Ra, Rq) estas mezurita per multipliko de la areo de 20 μm per 20 μm (n=4).XPS (PHI 5000 VersaProbe, ULVAC PHI, Japanio) sistemo ekipita per Al Kα Rentgenfota fonto kun punktograndeco de 100μm2 estis uzita por analizi la surfacan kemian kunmetaĵon.CA-mezursistemo ekipita per dinamika bildkapta fotilo (SmartDrop, FEMTOBIOMED, ​​​​Sud-Koreio) estis uzata por mezuri likvajn CA kaj SA.Por ĉiu mezurado, 6 ĝis 10 μl da gutetoj (dejonigita akvo, ĉevalsango, EG, 30% etanolo, kaj HD) estas metitaj sur la surfacon por mezuri CA.Kiam la inklinangulo de la substrato pliiĝas je rapideco de 2°/s (n = 4), la SA estas mezurita kiam la guto falas.
Pseudomonas aeruginosa [American Type Culture Collection (ATCC) 27853] kaj MRSA (ATCC 25923) estis aĉetitaj de ATCC (Manassas, Virginio, Usono), kaj la akciokulturo estis konservita je -80 °C.Antaŭ uzo, la frostigita kulturo estis kovita en tripsin-degeligita sojfabobuljono (Komed, Koreio) je 37 °C dum 18 horoj kaj poste translokigita dufoje por aktivigi ĝin.Post kovado, la kulturo estis centrifugata je 10,000 rpm dum 10 minutoj je 4 °C kaj lavis dufoje kun PBS (pH 7.3) solvo.La centrifugita kulturo tiam estas subkultivita sur sangagarplatoj (BAP).MRSA kaj Pseudomonas aeruginosa estis preparitaj subite kaj kultivitaj en Luria-Bertani-buljono.La koncentriĝo de Pseudomonas aeruginosa kaj MRSA en la inokolo estis kvante determinita per la CFU de la suspendo en seriaj diluoj sur agaro.Poste, alĝustigu la bakterian koncentriĝon al 0,5 McFarland-normo, kio estas ekvivalenta al 108 CFU/ml.Tiam diluu la funkciantan bakterian suspendon 100 fojojn al 106 CFU/ml.Por testi la kontraŭbakteriajn adherajn propraĵojn, la substrato estis steriligita je 121 °C dum 15 minutoj antaŭ uzo.La substrato tiam estis translokigita al 25 ml da bakteria suspendo kaj kovita je 37 °C kun vigla skuado (200 rpm) dum 12 kaj 72 horoj.Post kovado, ĉiu substrato estis forigita de la kovilo kaj lavis 3 fojojn kun PBS por forigi ajnajn flosajn bakteriojn sur la surfaco.Por observi la biofilmon sur la substrato, la biofilmo estis fiksita per metanolo kaj makulita per 1 ml da krimidina oranĝo dum 2 minutoj.Tiam fluoreskeca mikroskopo (BX51TR, Olimpo, Japanio) estis uzata por foti la makulitan biofilmon.Por kvantigi la biofilmon sur la substrato, la alkroĉitaj ĉeloj estis apartigitaj de la substrato per la perla vortica metodo, kiu estis konsiderita kiel la plej taŭga metodo por forigi alkroĉitajn bakteriojn (n = 4).Uzante sterilajn forcipojn, forigu la substraton el la kreskmedio kaj frapu la putan teleron por forigi troan likvaĵon.Loze fiksitaj ĉeloj estis forigitaj per lavado dufoje kun sterila PBS.Ĉiu substrato tiam estis transdonita al sterila provtubo enhavanta 9 ml da 0,1% proteino ept salo (PSW) kaj 2 g da 20 ĝis 25 sterilaj vitroperloj (0,4 ĝis 0,5 mm en diametro).Ĝi tiam estis vortexita dum 3 minutoj por dekroĉi la ĉelojn de la provaĵo.Post vortexing, la suspendo estis serie diluita 10-obla kun 0.1% PSW, kaj tiam 0.1 ml de ĉiu diluo estis inokulitaj sur BAP.Post 24 horoj da kovado je 37 °C, la CFU estis nombrita permane.
Por la ĉeloj, musfibroblastoj NIH/3T3 (CRL-1658; amerika ATCC) kaj mus makrofagoj RAW 264.7 (TIB-71; amerika ATCC) estis uzitaj.Uzu la modifitan Aglo-medion de Dulbecco (DMEM; LM001-05, Welgene, Koreio) por kulturi musfibroblastojn kaj suplementi per 10% bovida serumo (S103-01, Welgene) kaj 1% penicilin-streptomicino (PS; LS202-02, Welgene (Welgene). ). Uzu DMEM por kulturi musajn makrofagojn, suplementitajn per 10% feta bova serumo (S001-01, Welgene) kaj 1% PS Metu la substraton en ses-puto ĉelkulturplaton, Kaj inoku la ĉelojn je 105 ĉeloj/cm2. La ĉeloj estis kovataj dum la nokto je 37 °C kaj 5% CO2 Por ĉelmakulado, la ĉeloj estis fiksitaj kun 4% paraformaldehido dum 20 minutoj kaj metitaj en 0,5% Triton X Incubate dum 5 minutoj en -100 Mergu la substraton en 50nM tetrametilrodamino je 37 °C dum 30 minutoj Post la inkubacio, uzu la substraton kun 4′,6-diamino-2-phenylindole (H -1200, Vector Laboratories, UK) VECTASHIELD-fiksmedio (n = 4 por proteino). , fluoreskeino, fluoreskein isotiocianato-albumino (A9771, Sigma-Aldrich, Germanio) kaj homa plasmo La Alexa Fluor 488-konjugaciita fibrinogeno (F13191, Invitrogen, Usono) estis solvita en PBS (10 mM, pH 7.4).La koncentriĝoj de albumino kaj fibrinogeno estis 1 kaj 150 μg/ml, respektive.Post la substrato Antaŭ mergi en la proteina solvo, lavu ilin per PBS por rehidratigi la surfacon.Poste mergu ĉiujn substratojn en ses-putan teleron enhavantan la proteinsolvon kaj kovu je 37 °C dum 30 kaj 90 minutoj.Post kovado, La substrato tiam estis forigita de la proteina solvo, milde lavita per PBS 3 fojojn, kaj fiksita per 4% paraformaldehido (n = 4 por ĉiu proteino).Por kalcio, natria klorido (0,21 M) kaj kaliofosfato (3,77 mM) estis solvita en dejonigita akvo.La pH de la solvo estis ĝustigita al 2.0 aldonante hidroklorida solvo (1M).Tiam kalcia klorido (5.62 mM) estis solvita en la solvaĵo.Aldonante 1M tris(hidroksimetil)-amino Metano ĝustigas la pH de la solvo al 7,4.Mergu ĉiujn substratojn en ses-putan teleron plenigitan per 1.5× kalcia fosfata solvo kaj forigu el la solvo post 30 minutoj.Por makulado, 2 g Alizarin Red S (CI 58005) Miksi kun 100 ml da dejonigita akvo.Poste, uzu 10% amonian hidroksidon por ĝustigi la pH al 4. Tinktu la substraton per Alizarin Red-solvo dum 5 minutoj, kaj poste forskuu la troan tinkturfarbon kaj makuligu.Post la skuado, forigu la substraton.La materialo estas senhidratigita, poste mergita en acetono dum 5 minutoj, poste mergita en aceton-ksilena (1:1) solvaĵo dum 5 minutoj, kaj finfine lavita per xileno (n = 4).Fluoreskecmikroskopo (Axio Imager) kun ×10 kaj ×20 objektivaj lensoj estas uzata..A2m, Zeiss, Germanio) bildigas ĉiujn substratojn.ImageJ/FIJI (https://imagej.nih.gov/ij/) estis uzata por kvantigi la adherajn datumojn de biologiaj substancoj sur ĉiu grupo de kvar malsamaj bildigaj areoj.Konvertu ĉiujn bildojn al binaraj bildoj kun fiksaj sojloj por komparo de substratoj.
Zeiss LSM 700 konfokusa mikroskopo estis uzita por monitori la stabilecon de la lubrikaĵtavolo en la PBS en reflektadreĝimo.La fluor-bazita SAM-tegita vitrospecimeno kun injektita lubrika tavolo estis mergita en PBS-solvo, kaj testita uzante enorbitan skuilon (SHO-1D; Daihan Scientific, Sud-Koreio) sub mildaj skuaj kondiĉoj (120 rpm).Tiam prenu la specimenon kaj monitoru la perdon de lubrikaĵo mezurante la perdon de reflektita lumo.Por akiri fluoreskecbildojn en reflekta reĝimo, la provaĵo estas eksponita al 633 nm lasero kaj tiam kolektita, ĉar la lumo estos reflektita reen de la provaĵo.La specimenoj estis mezuritaj je tempintervaloj de 0, 30, 60, kaj 120 horoj.
Por determini la influon de la surfacmodifprocezo sur la nanomekanikaj trajtoj de ortopediaj enplantaĵoj, nanoindentor (TI 950 TriboIndenter, Hysitron, Usono) ekipita per triflanka piramidforma Berkovich diamantpinto estis uzita por mezuri nanoindenedionon.La pinta ŝarĝo estas 10 mN kaj la areo estas 100μmx 100μm.Por ĉiuj mezuradoj, la tempo de ŝarĝo kaj malŝarĝo estas 10 s, kaj la tempo de tenado sub pinta indentŝarĝo estas 2 s.Prenu mezurojn de kvin malsamaj lokoj kaj prenu la mezumon.Por taksi la mekanikan fortikecon sub ŝarĝo, transversa tri-punkta fleksa provo estis farita uzante universalan testan maŝinon (Instron 5966, Instron, Usono).La substrato estas kunpremita kun konstanta rapideco de 10 N/s kun pliigita ŝarĝo.La Bluehill Universala programaro (n = 3) estis uzata por kalkuli la fleksan modulon kaj maksimuman kunpreman streĉon.
Por simuli la operacioprocezon kaj la rilatan mekanikan damaĝon kaŭzitan dum la operacio, la operacia procezo estis farita en vitro.La femuraloj estis kolektitaj de la ekzekutitaj Nov-Zelandaj blankaj kunikloj.La femuralo estis purigita kaj fiksita en 4% paraformaldehido dum 1 semajno.Kiel priskribite en la besta eksperimentmetodo, la fiksita femuralo estis kirurgie operaciita.Post la operacio, la ortopedia enplantaĵo estis mergita en sangon (ĉevalsango, KISAN, Koreio) dum 10 s por konfirmi ĉu sangaj adheraĵoj okazis post kiam la mekanika vundo estis aplikita (n = 3).
Entute 24 masklaj Nov-Zelandaj blankaj kunikloj (pezo 3,0 ĝis 3,5 kg, averaĝa aĝo 6 monatoj) estis hazarde dividita en kvar grupojn: nuda negativa, nuda pozitiva, SHP kaj LOIS.Ĉiuj proceduroj implikantaj bestojn estis faritaj laŭ la etikaj normoj de la Institucia Besto-Prizorgado kaj Uzo-Komitato (IACUC aprobita, KOREA-2017-0159).La ortopedia enplantaĵo konsistas el ŝlosa plato kun kvin truoj (longo 41 mm, larĝo 7 mm kaj dikeco 2 mm) kaj kortikalaj ŝlosŝraŭboj (longo 12 mm, diametro 2,7 mm) por fraktura fiksado.Krom tiuj platoj kaj ŝraŭboj uzitaj en la nuda-negativa grupo, ĉiuj platoj kaj ŝraŭboj estis kovitaj en MRSA-suspendo (106 CFU/ml) dum 12 horoj.La nuda-negativa grupo (n=6) estis traktita per nudaj surfacaj enplantaĵoj sen eksponiĝo al bakteria suspendo, kiel negativa kontrolo por infekto.La nuda pozitiva grupo (n = 6) estis traktita per nuda surfaca enplantaĵo elmontrita al bakterioj kiel pozitiva kontrolo por infekto.La SHP-grupo (n = 6) estis traktita per bakterie elmontritaj SHP-enplantaĵoj.Fine, la LOIS-grupo estis traktita per bakteriaj eksponitaj LOIS-enplantaĵoj (n = 6).Ĉiuj bestoj estas tenitaj en kaĝo, kaj multe da manĝaĵo kaj akvo estas provizitaj.Antaŭ la operacio, la kunikloj fastis dum 12 horoj.La bestoj estis anestezitaj per intramuskola injekto de xilazino (5mg/kg) kaj intravejna injekto de paclitaxel (3mg/kg) por indukto.Post tio, liveru 2% isofluranon kaj 50% ĝis 70% medicinan oksigenon (fluo 2 L/min) tra la spira sistemo por konservi anestezon.Ĝi estas enplantita per rekta alproksimiĝo al la laterala femuralo.Post harforigo kaj povidona-joda desinfekto de la haŭto, incizo ĉirkaŭ 6 cm longa estis farita sur la ekstero de la maldekstra meza femuralo.Malfermante la interspacon inter la muskoloj kovrantaj la femuralon, la femuralo estas plene elmontrita.Metu la platon antaŭ la femura ŝafto kaj fiksu ĝin per kvar ŝraŭboj.Post fiksado, uzu segilklingon (1 mm dika) por artefarite krei frakturon en la areo inter la dua truo kaj la kvara truo.Ĉe la fino de la operacio, la vundo estis lavita per salo kaj fermita per suturoj.Ĉiu kuniklo estis injektita subkutane kun enrofloksacino (5 mg/kg) diluita unu-triono en salo.Postoperaciaj Rentgenradioj de la femuralo estis prenitaj en ĉiuj bestoj (0, 7, 14, 21, 28, kaj 42 tagoj) por konfirmi la osteotomion de la osto.Post profunda anestezo, ĉiuj bestoj estis mortigitaj per intravejna KCl (2 mmol/kg) en 28 kaj 42 tagoj.Post ekzekuto, la femuralo estis skanita per mikro-CT por observi kaj kompari la ostan resanigprocezon kaj novan ostan formadon inter la kvar grupoj.
Post ekzekuto, la molaj histoj kiuj estis en rekta kontakto kun la ortopediaj enplantaĵoj estis kolektitaj.La histo estis fiksita en 10% neŭtrala bufrita formalino dum la nokto kaj tiam malhidratigita en EtOH.La senhidratigita histo estis enigita en parafino kaj sekcita je dikeco de 40 μm uzante mikrotomon (400CS; EXAKT, Germanio).Por bildigi la infekton, H&E-makulado kaj MT-makulado estis faritaj.Por kontroli la gastigan respondon, la sekciigita histo estis kovita kun kuniklo kontraŭ-TNF-α primara antikorpo (AB6671, Abcam, Usono) kaj kuniklo kontraŭ-IL-6 (AB6672; Abcam, Usono), kaj tiam traktita kun beno.Oksidazo.Apliku la avidin-biotinan komplekson (ABC) makulsistemon al la sekcioj laŭ la instrukcioj de la fabrikanto.Por aperi kiel bruna reakcia produkto, 3,3-diaminobenzidino estis uzata en ĉiuj partoj.Cifereca glit-skanilo (Pannoramic 250 Flash III, 3DHISTECH, Hungario) estis uzita por bildigi ĉiujn tranĉaĵojn, kaj almenaŭ kvar substratoj en ĉiu grupo estis analizitaj per ImageJ-softvaro.
Rentgenfotaj bildoj estis prenitaj en ĉiuj bestoj post kirurgio kaj ĉiusemajne por kontroli frakturkuracadon (n=6 per grupo).Post ekzekuto, alt-rezolucia mikro-CT estis uzata por kalkuli la formadon de kalo ĉirkaŭ la femuralo post resaniĝo.La akirita femuralo estis purigita, fiksita en 4% paraformaldehido dum 3 tagoj, kaj malhidratigita en 75% etanolo.La senakvigitaj ostoj tiam estis skanitaj uzante mikro-CT (SkyScan 1173, Brooke Micro-CT, Kandy, Belgio) por generi 3D voxel bildojn (2240×2240 pikseloj) de la ostoprovaĵo.Uzu 1.0 mm Al-filtrilon por redukti signalan bruon kaj apliki altan rezolucion al ĉiuj skanadoj (E = 133 kVp, I = 60 μA, integriĝotempo = 500 ms).Nrecon-softvaro (versio 1.6.9.8, Bruker microCT, Kontich, Belgio) estis utiligita por generi 3D volumenon de la skanita provaĵo de la akirita 2D laterala projekcio.Por analizo, la 3D rekonstruita bildo estas dividita en 10mm×10mm×10mm-kubojn laŭ la fraktura loko.Kalkulu la kalon ekster la kortikala osto.DataViewer (versio 1.5.1.2; Bruker microCT, Kontich, Belgio) softvaro estis utiligita por ciferece redirekti la skanitan ostvolumenon, kaj CT-Analyzer (versio 1.14.4.1; Bruker microCT, Kontich, Belgio) softvaro estis uzita por analizo.La relativaj rentgenaj sorbadkoeficientoj en matura osto kaj kalo estas distingitaj per sia denseco, kaj tiam la volumeno de kalo estas kvantigita (n = 4).Por konfirmi, ke la biokongrueco de LOIS ne prokrastas la ostan resanigprocezon, pliaj Rentgenfotaj kaj mikro-CT-analizo estis faritaj en du kunikloj: la nuda-negativa kaj LOIS-grupoj.Ambaŭ grupoj estis ekzekutitaj en la 6-a semajno.
La femuraloj de oferitaj bestoj estis kolektitaj kaj fiksitaj en 4% paraformaldehido dum 3 tagoj.La ortopedia enplantaĵo tiam estas singarde forigita de la femuralo.La femuralo estis senkalkigita dum 21 tagoj uzante 0.5 M EDTA (EC-900, National Diagnostics Corporation).Tiam la senkalciigita femuralo estis mergita en EtOH por igi ĝin malhidratigita.La senhidratigita femuralo estis forigita en xileno kaj enigita en parafino.Tiam la specimeno estis tranĉita per aŭtomata rotacia mikrotomo (Leica RM2255, Leica Biosystems, Germanio) kun dikeco de 3 μm.Por TRAP-makulado (F6760, Sigma-Aldrich, Germanio), la sekciitaj specimenoj estis senparafinigitaj, rehidratigitaj kaj kovataj en TRAP-reakciilo je 37 °C dum 1 horo.Bildoj estis akiritaj per glit-skanilo (Panoramic 250 Flash III, 3DHISTECH, Hungario) kaj kvantigitaj per mezurado de la areopriraportado de la makulita areo.En ĉiu eksperimento, almenaŭ kvar substratoj en ĉiu grupo estis analizitaj per ImageJ-softvaro.
Analizo de statistika signifo estis farita per GraphPad Prism (GraphPad Software Inc., Usono).Neparigita t-testo kaj unudirekta analizo de varianco (ANOVA) estis uzataj por testi la diferencojn inter la taksadgrupoj.La signifonivelo estas indikita en la figuro jene: *P<0,05, **P<0,01, ***P<0,001 kaj ****P<0,0001;NS, neniu grava diferenco.
Por suplementaj materialoj por ĉi tiu artikolo, bonvolu vidi http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/44/eabb0025/DC1
Ĉi tio estas libera alira artikolo distribuita laŭ la kondiĉoj de la Krea Komunaĵo Atribuite-Ne-Komerca Licenco, kiu permesas la uzon, distribuon kaj reproduktadon en ajna medio, kondiĉe ke la uzo ne estas por komerca gajno kaj la premiso estas ke la originalo. laboro estas ĝusta.Referenco.
Noto: Ni nur petas vin provizi retpoŝtadreson por ke la persono, kiun vi rekomendas al la paĝo, sciu, ke vi volas, ke ili vidu la retpoŝton kaj ke la retpoŝto ne estas spamo.Ni ne kaptos retpoŝtadresojn.
Ĉi tiu demando estas uzata por provi ĉu vi estas homa vizitanto kaj por malhelpi aŭtomatajn spamojn.
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
La kontraŭbakteriaj kaj imunaj eskapaj tegaĵoj de ortopediaj enplantaĵoj povas redukti infektojn kaj imunreagojn kaŭzitajn de infektoj.
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
La kontraŭbakteriaj kaj imunaj eskapaj tegaĵoj de ortopediaj enplantaĵoj povas redukti infektojn kaj imunreagojn kaŭzitajn de infektoj.
©2021 Amerika Asocio por la Akcelo de Scienco.ĉiuj rajtoj rezervitaj.AAAS estas partnero de HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef kaj COUNTER.ScienceAdvances ISSN 2375-2548.