Inplante ortopedikoaren kirurgia egiten duten pazienteentzat, bakterioen infekzioak eta infekzioek eragindako erantzun immunologikoak beti izan dira bizitza arriskuan jartzen dituzten arriskuak.Material biologiko konbentzionalak kutsadura biologikoa jasan dezake, eta horrek bakterioek zauritutako eremua inbaditzen dute eta ebakuntza osteko infekzioa eragiten dute.Hori dela eta, premiazkoa da infekzioen aurkako eta ihes immunologikoko estaldurak garatzea inplante ortopedikoetarako.Hemen, inplante ortopedikoetarako gainazala aldatzeko teknologia aurreratu bat garatu dugu, Lubricated Orthopedic Implant Surface (LOIS) izenekoa, pitxer landare pitxerren gainazal leunean inspiratuta dagoena.LOISek likidoen uxatzeko iraupen luzeko eta sendoa du hainbat likido eta substantzia biologikoekiko (zelulak, proteinak, kaltzioa eta bakterioak barne).Horrez gain, marraduraren eta finkatze-indarraren aurkako iraunkortasun mekanikoa baieztatu genuen in vitro kirurgian zehar ezinbesteko kaltea simulatuz.Untxiaren hezur-muineko hanturazko haustura femoralaren eredua LOISen eskalatze biologikoaren aurkako eta infekzioen aurkako gaitasuna ondo aztertzeko erabili zen.Biofouling-aren aurkako propietateak eta iraunkortasun mekanikoa duen LOIS-a infekziorik gabeko kirurgia ortopedikoan aurrerapauso bat dela uste dugu.
Gaur egun, zahartzaro orokorra dela eta, gaixotasun ortopedikoak (adinekoen hausturak, artikulazio endekapenezko gaixotasunak eta osteoporosia, esaterako) pairatzen dituzten pazienteen kopurua asko hazi da (1, 2).Hori dela eta, mediku-erakundeek garrantzi handia ematen diote kirurgia ortopedikoari, torlojuen, plaken, iltzeen eta artikulazio artifizialen inplante ortopedikoak barne (3, 4).Hala eta guztiz ere, inplante ortopediko tradizionalak bakterioen atxikimendua eta biofilma eratzeko gai direla jakinarazi da, eta horrek kirurgia-gunearen infekzioa (SSI) eragin dezake kirurgia ondoren (5, 6).Biofilma inplante ortopedikoaren gainazalean eratuta dagoenean, biofilma kentzea oso zaila da antibiotiko dosi handiak erabilita ere.Hori dela eta, normalean ebakuntza osteko infekzio larriak ekartzen ditu (7, 8).Aurreko arazoak direla eta, infektatutako inplanteen tratamenduak berriro ebakuntza barne hartu behar du, inplante guztiak eta inguruko ehunak kentzea barne;hortaz, min handia eta zenbait arrisku jasango ditu gaixoak (9, 10).
Arazo horietako batzuk konpontzeko, infekzioa prebenitzeko sendagaiak ateratzen dituzten inplante ortopedikoak garatu dira, gainazalean atxikitako bakterioak ezabatuz (11, 12).Hala ere, estrategiak oraindik hainbat muga erakusten ditu.Jakinarazi dutenez, epe luzerako sendagaiak isurtzen dituzten inplanteak ezartzeak inguruko ehunetan kalteak eragin ditu eta hantura eragin du, eta horrek nekrosia eragin dezake (13, 14).Gainera, sendagaiak ateratzen dituzten inplante ortopedikoen fabrikazio-prozesuaren ondoren egon daitezkeen disolbatzaile organikoek, AEBetako Elikagaien eta Droga Administrazioak erabat debekatuta daudenak, arazketa-urrats gehigarriak behar dituzte bere estandarrak betetzeko (15).Drogak isurtzen dituzten inplanteak erronkak dira sendagaiak kontrolatutako askapenerako, eta droga-karga mugatua dutenez, sendagaia epe luzera aplikatzea ez da bideragarria (16).
Ohiko beste estrategia bat inplantea zikinen aurkako polimero batekin estaltzea da, gai biologikoak eta bakterioak gainazalean atxiki ez daitezen (17).Esaterako, polimero zwitterionikoek arreta erakarri dute plasma-proteinekin, zelulekin eta bakterioekin kontaktuan daudenean dituzten propietate ez itsasgarriengatik.Hala ere, epe luzeko egonkortasunarekin eta iraunkortasun mekanikoarekin lotutako muga batzuk ditu, eta horrek inplante ortopedikoetan bere aplikazio praktikoa oztopatzen du, batez ere kirurgia-prozeduran zehar urradura mekanikoagatik (18, 19).Horrez gain, bere biobateragarritasun handiagatik, kentzeko kirurgia beharrik ez izateagatik eta korrosioaren bidez gainazalak garbitzeko propietateengatik, material biodegradagarriz egindako inplante ortopedikoak erabili dira (20, 21).Korrosioan, polimero-matrizearen arteko lotura kimikoak hautsi eta gainazaletik askatzen dira, eta atxikitzaileek gainazala garbitzen dute.Hala ere, gainazaleko garbiketaren bidezko zikintze antibiologikoa eraginkorra da denbora laburrean.Gainera, material xurgagarri gehienek, besteak beste, poli(azido laktikoa-azido glikolikoko kopolimeroa) (PLGA), azido polilaktikoa (PLA) eta magnesioan oinarritutako aleazioak biodegradazio eta higadura irregularrak jasango dituzte gorputzean, eta horrek egonkortasun mekanikoan eragin negatiboa izango du.(hogeita bi).Gainera, plaka zati biodegradagarriek bakterioak atxikitzeko lekua eskaintzen dute, eta horrek epe luzera infekzio aukera areagotzen du.Degradazio mekaniko eta infekzio arrisku honek kirurgia plastikoaren aplikazio praktikoa mugatzen du (23).
Lotus hostoen egitura hierarkikoa imitatzen duten gainazal superhidrofoboak (SHP) zikintzearen aurkako gainazalentzako irtenbide potentzial bihurtu dira (24, 25).SHP gainazala likidoan murgilduta dagoenean, aire-burbuilak harrapatuta geratuko dira, eta horrela aire-poltsak sortuko dira eta bakterioen atxikimendua saihestuz (26).Hala ere, azken ikerketek frogatu dute SHP gainazalek iraunkortasun mekanikoarekin eta epe luzerako egonkortasunarekin lotutako desabantailak dituela, eta horrek inplante medikoetan aplikatzea oztopatzen du.Gainera, aire-poltsak disolbatu egingo dira eta zikinen aurkako propietateak galduko dituzte, horrela bakterioen atxikimendu zabalagoa izango da SHP gainazalaren azalera handiaren ondorioz (27, 28).Duela gutxi, Aizenberg-ek eta lankideek biofouling-aren gainazaleko estalduraren metodo berritzaile bat aurkeztu zuten, Nepenthes pegar landarean inspiratutako gainazal leun bat garatuz (29, 30).Gainazal leunak baldintza hidraulikoetan epe luzerako egonkortasuna erakusten du, likido biologikoekiko oso likido uxatzen du eta autokonponketa propietateak ditu.Dena den, ez dago forma konplexuko inplante mediko bati estaldura bat aplikatzeko metodorik, ezta inplantatu ondoren kaltetutako ehunen sendatze prozesua onartzen duenik ere.
Hemen, inplante ortopedikoen gainazal lubrifikatua (LOIS) aurkezten dugu, mikro/nano-egituratutako inplante ortopedikoaren gainazal bat eta lubrikatzaile-geruza mehe batekin ondo konbinatuta, kirurgia plastikoarekin lotu ez dadin Bakterioen infekzioak, hausturaren finkapena adibidez.Fluoroz funtzionalizatutako mikro/nano-mailako egiturak lubrifikatzailea egituran tinko finkatzen duelako, garatutako LOIS-ek hainbat likidoren atxikimendua guztiz uxatu eta zikinen aurkako errendimendua mantendu dezake denbora luzez.LOIS estaldurak hezur-sintesia egiteko diseinatutako hainbat formatako materialei aplika daitezke.LOISek biofilm bakterioen [Pseudomonas aeruginosa eta Staphylococcus aureus (MRSA)] eta substantzia biologikoen (zelulak, proteinak eta kaltzioa) kontrako propietate bikainak baieztatu dira in vitro.Substratuarekiko atxikimendu zabalaren atxikimendu-tasa % 1 baino txikiagoa da.Horrez gain, gainazaleko marradura bezalako tentsio mekanikoa gertatu ondoren ere, lubrifikatzaile sarkorrak eragindako autosendatzeak bere antifouling propietateak mantentzen laguntzen du.Iraunkortasun mekanikoko probaren emaitzek erakusten dute egitura eta aldaketa kimikoen ondoren ere, erresistentzia osoa ez dela nabarmen murriztuko.Horrez gain, kirurgia-inguruneko tentsio mekanikoa simulatzen duen in vitro esperimentu bat egin zen LOIS-ek kirurgia plastikoan gertatzen diren hainbat tentsio mekaniko jasan ditzakeela frogatzeko.Azkenik, untxian oinarritutako in vivo femoral haustura eredu bat erabili dugu, eta horrek frogatu du LOISek bakterioen aurkako propietate eta biobateragarritasun handiagoak dituela.Emaitza erradiologiko eta histologikoek baieztatu dute lubrifikatzaileen portaera egonkorrak eta biofouling-aren aurkako propietateak ezarri eta 4 aste barru infekzioen aurkako eta ihes immunologikoaren errendimendu eraginkorra lor dezaketela hezurrak sendatzeko prozesua atzeratu gabe.
1A irudiak garatutako LOIS-aren diagrama eskematiko bat erakusten du, untxi femoral haustura ereduan mikro/nano-eskalako egiturak ezartzen dituena, kutsadura biologikoaren aurkako eta infekzioen aurkako propietate bikainak baieztatzeko.Metodo biomimetiko bat egiten da ur-ontziko landare baten gainazala simulatzeko, eta biofouling saihesteko gainazaleko mikro/nano egituraren barruan lubrifikatzaile-geruza bat sartuz.Lubrikatzailea injektatutako gainazalak substantzia biologikoen eta gainazalaren arteko kontaktua minimiza dezake.Hori dela eta, gainazalean lotura kimiko egonkorrak eratzen direnez, antifouling errendimendu bikaina eta epe luzerako egonkortasuna ditu.Ondorioz, gainazal lubrifikatzailearen aurkako biofouling propietateek hainbat aplikazio praktiko ahalbidetzen dituzte ikerketa biomedikoan.Hala ere, oraindik ez da amaitu gainazal berezi horrek gorputzean nola eragiten duen aztertzen duen ikerketa zabala.LOIS in vitro substratu biluziekin alderatuz albumina eta biofilm bakterioak erabiliz, LOIS-en ez itsasgarritasuna baieztatu daiteke (1B irudia).Horrez gain, substratu biluzi inklinatuan eta LOIS substratuan (S1 irudia eta S1 filma) ur-tantak jaurtiz, kutsadura biologikoaren errendimendua frogatu daiteke.Fluoreszentzia-mikroskopioaren irudian erakusten den moduan, proteina eta bakterioen suspentsio batean inkubatutako substratuak azalerari atxikitako material biologiko kopuru handia erakutsi zuen.Hala ere, biofouling-aren aurkako propietate bikainak direla eta, LOISek ez du ia fluoreszentziarik erakusten.Biofouling eta infekzioen aurkako propietateak egiaztatzeko, LOIS hezur-sintesirako inplante ortopedikoen gainazalean aplikatu zen (plakak eta torlojuak) eta untxi-haustura-eredu batean jarri zen.Inplantatu aurretik, inplante ortopediko biluzia eta LOIS bakterio-esekidura batean inkubatu ziren 12 orduz.Aurre-inkubazioak bermatzen du biofilm bat sortzen dela agerian dagoen inplantea konparatzeko.1C irudiak haustura gunearen argazkia erakusten du inplantatu eta 4 aste igaro direnean.Ezkerrean, inplante ortopediko hutsa zuen untxi batek hantura maila larria erakutsi zuen inplantearen gainazalean biofilm bat eratu zelako.Kontrako emaitza ikusi zen LOISarekin txertatutako untxietan, hau da, LOIS inguruko ehunek ez zuten infekzio zantzurik, ezta hantura zantzurik ere.Horrez gain, ezkerreko irudi optikoak agerian dagoen inplantea duen untxiaren gune kirurgikoa adierazten du, eta adieraziz ez da aurkitu inplantearen gainazalean itsasgarri anitz aurkitu ez dela LOISaren gainazalean.Horrek erakusten du LOIS-ek epe luzerako egonkortasuna duela eta bere zikintze biologikoaren aurkako eta atxikimenduaren aurkako propietateak mantentzeko gaitasuna duela.
(A) LOIS-en eskema eskematikoa eta untxi femoral haustura eredu batean ezartzea.(B) Proteinaren eta bakterioen biofilmaren fluoreszentzia-mikroskopiako irudia gainazal hutsean eta LOIS substratuan.Inplantatu eta 4 astera, (C) haustura-gunearen argazki-irudia eta (D) X izpien irudia (laukizuzen gorri batez nabarmenduta).Irudia adeitasuna: Kyomin Chae, Yonsei Unibertsitatea.
Esterilizatu eta negatiboki inplantatutako untxiek hezur-sendatze prozesu normala erakutsi zuten, hantura edo infekzio zantzurik gabe.Bestalde, bakterioen esekidura batean aurrez inkubatutako SHP inplanteak infekzioarekin lotutako hantura erakusten dute inguruko ehunetan.Hori denbora luzez bakterioen atxikimendua galarazteko ezintasunari egotzi daiteke (S2 irudia).LOISek sendatze-prozesuan eragiten ez duela frogatzeko, baina inplantazioarekin erlazionatutako infekzio posibleak inhibitzen dituela frogatzeko, agerian jarritako matrize positiboaren eta LOIS haustura-guneko X izpien irudiak alderatu ziren (1D irudia).Inplante positibo biluziaren X izpien irudiak osteolisi-lerro iraunkorrak erakusten zituen, hezurra guztiz sendatu ez zela adieraziz.Horrek iradokitzen du hezurren berreskuratze prozesua asko atzeratu daitekeela infekzioarekin lotutako hantura dela eta.Aitzitik, LOISarekin inplantatutako untxiak sendatu zirela eta ez zutela haustura gune nabaririk erakusten.
Epe luzerako egonkortasuna eta funtzionaltasuna duten inplante medikoak garatzeko (biofoulingarekiko erresistentzia barne), ahalegin asko egin dira.Hala ere, hainbat substantzia biologikoren presentziak eta ehunen atxikimenduaren dinamikak klinikoki fidagarriak diren metodoen garapena mugatzen du.Gabezia hauek gainditzeko, mikro/nano geruzetako egitura eta kimikoki eraldatutako gainazala garatu dugu, indar kapilar eta afinitate kimiko handiaren ondorioz optimizatuta dagoen lubrifikatzaile leunena neurri handienean mantentzeko.2A irudiak LOISen fabrikazio prozesu orokorra erakusten du.Lehenik eta behin, prestatu mediko mailako altzairu herdoilgaitza (SS) 304 substratua.Bigarrenik, mikro/nano egitura SS substratuan azido fluorhidrikoa (HF) disoluzioa erabiliz grabaketa kimikoaren bidez eratzen da.SS-ren korrosioarekiko erresistentzia berreskuratzeko, azido nitrikoa (HNO3) disoluzioa (31) erabiltzen da grabatutako substratua prozesatzeko.Pasibazioak SS substratuaren korrosioarekiko erresistentzia hobetzen du eta LOISen errendimendu orokorra murrizten duen korrosio-prozesua nabarmen moteltzen du.Ondoren, 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooktiltrietoxisilanoarekin (POTS) auto-muntatutako monogeruza (SAM) osatuz, gainazala kimikoki aldatzen da gainazalaren eta afinitate lubrifikatzaile leunaren arteko elkarrekintza kimikoa hobetzeko.Gainazalaren aldaketak nabarmen murrizten du fabrikatutako mikro/nano-eskala egituratutako gainazalaren gainazaleko energia, lubrifikatzaile leunaren gainazaleko energiarekin bat datorrena.Horri esker, lubrifikatzailea guztiz busti daiteke, eta horrela, gainazalean lubrifikatzaile-geruza egonkor bat eratzen da.Aldatutako gainazalak hidrofobikotasun handiagoa erakusten du.Emaitzek erakusten dute lubrifikatzaile irristakorrak portaera egonkorra duela LOIS-en, mikro/nano egiturak eragindako afinitate kimiko eta indar kapilar handia dela eta (32, 33).SS-ren gainazaleko aldaketa optikoak gainazalaren aldaketaren eta lubrifikatzailearen injekzioaren ondoren aztertu ziren.Azalean eratutako mikro/nano geruza egiturak ikusmen-aldaketak eragin ditzake eta gainazala ilundu.Fenomeno hau gainazal zakarrean argiaren sakabanaketa efektu hobetuari egozten zaio, eta horrek argia harrapatzeko mekanismoak eragindako islada barreia handitzen du (34).Gainera, lubrifikatzailea injektatu ondoren, LOIS ilunagoa bihurtzen da.Geruza lubrifikatzaileak substratutik argi gutxiago islatzea eragiten du, eta horrela LOIS iluntzen du.Mikroegitura/nanoegitura optimizatzeko, irristatze-angelu txikiena (SA) erakusteko biofouling-aren aurkako errendimendua lortzeko, eskaneatzeko mikroskopia elektronikoa (SEM) eta bikote atomikoak erabili ziren HF grabaketa-denbora desberdinak egiteko (0, 3)., 15 eta 60 minutu) Force Microscope (AFM) (2B irudia).SEM eta AFM irudiek erakusten dute grabatu denbora labur baten ondoren (3 minutu grabatu), substratu biluziak nano-eskala zimurtasun irregularra sortu duela.Azaleko zimurtasuna akuaforte denborarekin aldatzen da (S3 irudia).Denboraren arabera aldatzen den kurbak erakusten du gainazaleko zimurtasunak handitzen jarraitzen duela eta 15 minutuko akuafortean gailurrera iristen dela, eta orduan zimurtasunaren balioaren murrizketa txiki bat besterik ez da ikusten 30 minutuko akuafortean.Une honetan, nano-mailako zimurtasuna grabatu egiten da, mikro-mailako zimurtasuna indarrez garatzen den bitartean, zimurtasunaren aldaketa egonkorrago bihurtuz.30 minutu baino gehiago grabatu ondoren, zimurtasunaren gehikuntza gehiago ikusten da, zehatz-mehatz honela azaltzen dena: SS altzairuz osatuta dago, burdina, kromoa, nikela, molibdenoa eta beste hainbat elementu barne dituen elementuekin aleatuta.Elementu horien artean, burdinak, kromoak eta molibdenoak zeregin garrantzitsua dute HF akuafortearen bidez SS-n mikro/nano-eskalako zimurtasuna osatzeko.Korrosioaren hasierako faseetan, burdina eta kromoa batez ere korrosioa izaten dira, molibdenoak molibdenoak baino korrosioarekiko erresistentzia handiagoa duelako.Aguaforteak aurrera egin ahala, akuaforte-disoluzioa tokiko gainsaturaziora iristen da, eta grabaketak eragindako fluoruroak eta oxidoak sortuz.Fluoruroa eta oxidoa hauspeatu eta, azkenean, gainazalean birjarri egiten dira, mikra/nano tarteko gainazaleko zimurtasuna osatuz (31).Mikro/nano-mailako zimurtasun honek zeresan handia du LOISen autosendatze-propietateetan.Eskala bikoitzeko gainazalak efektu sinergiko bat sortzen du, indar kapilarra asko handituz.Fenomeno honi esker, lubrifikatzailea gainazalean modu egonkorrean sartzen da eta autosendatzeko propietateak laguntzen ditu (35).Zimurtasunaren eraketa akuaforte denboraren araberakoa da.10 minutu baino gutxiago grabatu, gainazalak nano-eskalako zimurtasuna besterik ez du, eta hori ez da nahikoa lubrifikatzaile edukitzeko biofouling erresistentzia izateko (36).Aldiz, akuaforte-denbora 30 minututik gorakoa bada, burdina eta kromoa birdeposizioak sortutako nano-eskalako zimurtasuna desagertuko da, eta mikro-eskalako zimurtasuna bakarrik geratuko da molibdenoaren ondorioz.Gehiegi grabatutako gainazalak nano-eskalako zimurtasunik ez du eta bi faseko zimurtasunaren efektu sinergikoa galtzen du, eta horrek negatiboki eragiten die LOISen autosendatze-ezaugarriei.SA neurketak grabaketa-denbora desberdinak dituzten substratuetan egin ziren, zikintzearen aurkako errendimendua frogatzeko.Hainbat likido mota aukeratu ziren biskositatearen eta gainazaleko energiaren arabera, besteak beste, ura deionizatua (DI), odola, etilenglikola (EG), etanola (EtOH) eta hexadekanoa (HD) (S4 irudia).Denboraren araberako grabaketa-ereduak erakusten du gainazaleko energia eta biskositate desberdinak dituzten hainbat likidorentzat, 15 minutuz grabatu ondoren LOISen SA baxuena dela.Hori dela eta, LOIS 15 minutuz grabatzeko optimizatuta dago mikra eta nano-eskalako zimurtasuna osatzeko, lubrifikatzailearen iraunkortasuna eta zikinen aurkako propietate bikainak modu eraginkorrean mantentzeko egokia dena.
(A) LOISen lau urratseko fabrikazio-prozesuaren eskema eskematikoa.Txertaketak substratuan eratutako SAM erakusten du.(B) SEM eta AFM irudiak, substratuaren mikro/nano egitura optimizatzeko erabilitako grabaketa-denbora desberdinetan.X izpien fotoelektroi-espektroskopia (XPS) (C) Cr2p eta (D) F1s-en espektroak gainazaleko pasibazioaren eta SAM estalduraren ondoren.au, unitate arbitrarioa.(E) Ur tanten irudi adierazgarriak substratu biluzi, grabatu, SHP eta LOISen gainean.(F) SHP eta LOIS-en gainazal-tentsio desberdinak dituzten likidoen ukipen-angelua (CA) eta SA neurketa.Datuak batez besteko ± SD gisa adierazten dira.
Ondoren, gainazaleko propietate kimikoen aldaketa baieztatzeko, X izpien fotoelektroi espektroskopia (XPS) erabili zen, gainazaleko estaldura bakoitzaren ondoren substratuaren gainazaleko konposizio kimikoaren aldaketa aztertzeko.2C irudiak HF grabatutako gainazalaren eta HNO 3 tratatutako gainazalaren XPS neurketaren emaitzak erakusten ditu.587,3 eta 577,7 eV-ko bi gailur nagusiak kromo oxidoaren geruzan dagoen Cr-O loturari egotzi daitezke, hau da HF grabatutako gainazalarekiko desberdintasun nagusia.Hau, batez ere, HNO3-k gainazalean burdina eta kromo fluoruroa kontsumitzearen ondorioz gertatzen da.HNO3-n oinarritutako akuaforteari esker, kromoak gainazalean oxido-geruza pasibatzaile bat eratzen du, eta horrek SS grabatua berriro korrosioarekiko erresistente bihurtzen du.2D irudian, XPS espektroak lortu ziren SAM estalduraren ondoren fluorokarbonoan oinarritutako silanoa sortu zela baieztatzeko, likidoen uxatzeko oso handia baita EG, odola eta EtOH-rentzat ere.SAM estaldura plasma-tratamenduz eratutako hidroxilo taldeekin erreakzionatuz osatzen da silano-talde funtzionalak.Ondorioz, CF2 eta CF3 gailurren igoera nabarmena ikusi zen.286 eta 296 eV arteko lotura-energiak adierazten du aldaketa kimikoa SAM estaldurak arrakastaz burutu duela.SHP-k CF2 (290,1 ​​eV) eta CF3 (293,3 eV) gailur nahiko handiak erakusten ditu, gainazalean sortutako fluorokarbonoan oinarritutako silanoak eragindakoak.2E irudiak ukipen-angeluaren (CA) neurketen irudi optiko adierazgarriak erakusten ditu, biluzi, grabatu, SHP eta LOIS-ekin kontaktuan dauden ur deionizatuen talde desberdinetarako.Irudi hauek erakusten dute grabatutako gainazala hidrofilo bihurtzen dela grabaketa kimikoaren bidez eratzen den mikro/nano egitura dela eta, beraz, ura deionizatua egituran xurgatzen da.Hala ere, substratua SAMz estalita dagoenean, substratuak ura uxatzeko handia erakusten du, beraz, gainazaleko SHP bat sortzen da eta uraren eta gainazalaren arteko kontaktu-eremua txikia da.Azkenik, LOIS-en CAren beherakada ikusi da, lubrifikatzaileak mikroegituran sartzeari egotzi ahal zaiona, eta, ondorioz, ukipen-eremua handituz.Gainazalak likidoen uxatzeko eta itsasgarri gabeko propietate bikainak dituela frogatzeko, LOIS SHP substratuarekin alderatu zen CA eta SA hainbat likido erabiliz neurtuz (2F irudia).Hainbat likido mota aukeratu ziren biskositatearen eta gainazaleko energiaren arabera, ura deionizatua, odola, EG, EtOH eta HD barne (S4 irudia).CA neurketaren emaitzek erakusten dute CAk HDrako joera duenean, CAren murrizketa-balioak, non CAk gainazaleko energia baxuena duen.Gainera, CA orokorraren LOIS baxua da.Hala ere, SA neurketak guztiz bestelako fenomenoa erakusten du.Ur ionizatua izan ezik, likido guztiak SHP substratuari atxikitzen zaizkio irristatu gabe.Bestalde, LOISek SA oso baxua erakusten du, non likido guztia 10°-tik 15°-tik beherako angelu batean okertuta dagoenean, likido guztia jaurtiko den.Horrek argi erakusten du LOIS-en ez itsasgarritasuna SHP gainazalekoa baino hobea dela.Horrez gain, LOIS estaldurak hainbat material motatan aplikatzen dira, besteak beste, titanioa (Ti), polifenilsulfona (PPSU), polioximetilenoa (POM), polieter eter zetona (PEEK) eta polimero bioxurgagarriak (PLGA). Material ortopediko ezargarriak dira (Irudia). S5)).LOISek tratatutako materialaren gaineko tanten irudi sekuentzialak erakusten du LOISen biofouling-aren aurkako propietateak berdinak direla substratu guztietan.Horrez gain, CA eta SAren neurketen emaitzek erakusten dute LOISen propietate ez-itsasgarriak beste material batzuetan aplika daitezkeela.
LOISen zikintzearen aurkako propietateak egiaztatzeko, hainbat substratu mota (biluziak, grabatuak, SHP eta LOIS barne) inkubatu ziren Pseudomonas aeruginosa eta MRSArekin.Bi bakterio hauek ospitaleetako bakterio adierazgarri gisa hautatu ziren, eta horrek biofilmak sor ditzakete, SSI (37) eraginez.3. irudiak (A eta B) mikroskopioaren fluoreszentzia-irudiak eta koloniak osatzeko unitateak (CFU) neurketaren emaitzak erakusten ditu bakterio-esekiduran inkubatutako substratuen epe laburrerako (12 ordu) eta epe luzerako (72 ordu), hurrenez hurren.Denbora laburrean, bakterioek multzoak sortuko dituzte eta tamainaz haziko dira, muki antzeko substantziez estaliz eta kentzea eragotziz.Hala ere, 72 orduko inkubazioan, bakterioak heldu eta erraz sakabanatu egingo dira kolonia edo multzo gehiago sortzeko.Hori dela eta, 72 orduko inkubazioa epe luzekoa dela eta azalean biofilm sendo bat osatzeko inkubazio denbora egokia dela kontsidera daiteke (38).Denbora-tarte laburrean, grabatutako gainazalak eta SHP-aren gainazalek bakterioen atxikimendua erakutsi zuten, substratu hutsarekin alderatuta % 25 eta % 50 inguru murriztu zena.Hala ere, biofouling-aren aurkako errendimendu bikaina eta egonkortasuna dela eta, LOISek ez zuen bakterioen biofilm atxikimendurik erakutsi epe laburrean eta luzean.Diagrama eskematikoan (3C irudia) akuaforte-disoluzioaren, SHP eta LOIS-en zikintze biologikoaren aurkako mekanismoaren azalpena deskribatzen da.Suposizioa da propietate hidrofilikoak dituen substratu grabatuak substratu hutsak baino azalera handiagoa izango duela.Horregatik, bakterioen atxikimendu gehiago gertatuko da grabatutako substratuan.Hala ere, substratu biluziarekin alderatuta, grabatutako substratuak nabarmen biofilm gutxiago sortzen du gainazalean.Hau da, ur-molekulak gainazal hidrofiloari sendo lotzen zaizkiolako eta uraren lubrifikatzaile gisa jokatzen dutelako, horrela bakterioen atxikimendua oztopatzen baitute epe laburrean (39).Hala ere, ur molekulen geruza oso mehea da eta suspentsio bakterioetan disolbagarria da.Hori dela eta, ur-geruza molekularra denbora luzez desagertzen da, eta bakterioen atxikimendu eta ugaltze zabala eragiten du.SHPrentzat, epe laburreko propietate hezegarriak ez direnez, bakterioen atxikimendua galarazten da.Bakterioen atxikimendu murriztua geruza-egituran harrapatutako aire-poltsei eta gainazaleko energia baxuagoei egotzi diezaieke, horrela bakterioen esekiduraren eta gainazalaren arteko kontaktua minimizatuz.Hala ere, SHPn bakterioen atxikimendu zabala ikusi zen, zikinen aurkako propietateak denbora luzez galdu zituelako.Hau, batez ere, presio hidrostatikoagatik aire-poltsak desagertzeagatik eta airea uretan disolbatzeagatik gertatzen da.Hau, batez ere, disoluzioaren ondorioz aire-poltsak desagertu direlako eta itsasteko azalera handiagoa ematen duen geruza-egituragatik (27, 40).Epe luzerako egonkortasunean eragin garrantzitsua duten bi substratu hauek ez bezala, LOIS-en dagoen lubrifikatzailea mikro/nano egituran injektatzen da eta epe luzera ere ez da desagertuko.Mikro/nano egiturez betetako lubrifikatzaileak oso egonkorrak dira eta gainazaletik biziki erakartzen dira haien afinitate kimiko handia dela eta, horrela bakterioen atxikimendua saihestuz denbora luzez.S6 irudiak fosfato tamponatuko gatzetan (PBS) murgildutako lubrifikatzailez infusatutako substratu baten isla-mikroskopio konfokalaren irudia erakusten du.Etengabeko irudiek erakusten dute 120 ordu astindu apur baten ondoren ere (120 rpm), LOIS-eko lubrifikatzaile-geruzak aldaketarik gabe jarraitzen duela, fluxu-baldintzetan epe luzeko egonkortasuna adierazten duela.Fluoro-oinarritutako SAM estalduraren eta perfluorokarburo-oinarritutako lubrifikatzailearen arteko afinitate kimiko handiari esker gertatzen da, lubrifikatzaile-geruza egonkor bat eratu ahal izateko.Hori dela eta, kutsaduraren aurkako errendimendua mantentzen da.Horrez gain, substratua proteina adierazgarriekin (albumina eta fibrinogenoa), plasman dauden, funtzio immunologikoarekin lotura estua duten zelulekin (makrofagoak eta fibroblastoak) eta hezurren eraketarekin zerikusia dutenekin probatu zen.Kaltzio-edukia oso altua da.(3D, 1 eta 2 irudia eta S7 irudia) (41, 42).Gainera, fibrinogenoaren, albuminaren eta kaltzioaren atxikimendu-probaren fluoreszentzia-mikroskopioko irudiek substratu-talde bakoitzaren atxikimendu-ezaugarri desberdinak erakutsi zituzten (S8 irudia).Hezurren eraketan, eratu berri diren hezur eta kaltzio geruzek inplante ortopedikoa ingura dezakete, eta horrek kentzea zaila ez ezik, pazienteari ustekabeko kaltea ere eragin diezaioke kentzeko prozesuan.Hori dela eta, hezur-plaketan eta torlojuetan kaltzio-gordailuen maila baxua onuragarria da inplantea kentzea eskatzen duen kirurgia ortopedikorako.Erantsitako eremuaren kuantifikazioan oinarrituta, fluoreszentzia-intentsitatean eta zelulen zenbaketaren arabera, LOIS-ek biofouling-aren aurkako propietate bikainak erakusten dituela baieztatu dugu substantzia biologiko guztientzat, beste substratu batzuekin alderatuta.In vitro esperimentuen emaitzen arabera, LOIS antibiologikoa kutsadura inplante ortopedikoetan aplika daiteke, biofilm bakterioek eragindako infekzioak inhibitzeaz gain, gorputzaren sistema immune aktiboaren hantura murrizteko.
(A) Pseudomonas aeruginosa eta MRSA suspentsioetan inkubatutako talde bakoitzaren (biluziak, grabatuak, SHP eta LOIS) fluoreszentzia-mikroskopioko irudiak 12 eta 72 orduz.(B) Talde bakoitzaren gainazalean Pseudomonas aeruginosa eta MRSAren CFU atxikituen kopurua.(C) Epe laburreko eta epe luzerako akuafortearen, SHP eta LOIS-en incrustazio antibiologikoaren mekanismoaren diagrama eskematikoa.(D) (1) Substratu bakoitzari atxikitako fibroblasto kopurua eta biluziari eta LOISari atxikitako zelulen fluoreszentzia mikroskopioko irudiak.(2) Hezurren sendatze-prozesuan parte hartzen duten inmunologiarekin lotutako proteinen, albuminaren eta kaltzioaren atxikimendu-proba (* P <0,05, ** P <0,01, *** P <0,001 eta **** P <0,0001).ns, ez da garrantzitsua.
Esfortzu kontzentratu saihestezinen kasuan, iraunkortasun mekanikoa beti izan da incrustazioen aurkako estaldurak aplikatzeko erronka nagusia.Ur zikinen aurkako gel metodo tradizionalak ur disolbagarritasun eta hauskortasun gutxiko polimeroetan oinarritzen dira.Hori dela eta, aplikazio biomedikoetan estres mekanikoa jasan ohi dute.Horregatik, mekanikoki iraunkorrak diren estaldura antifouling-ek erronka izaten jarraitzen dute inplante ortopedikoak bezalako aplikazioetarako (43, 44).4A (1) irudiak inplante ortopedikoei aplikatzen zaizkien bi tentsio-mota nagusiak erakusten ditu, marradura (ebakidura-esfortzua) eta konpresioa barne, pintzek sortutako kaltetutako inplantearen irudi optikoarekin.Esate baterako, torlojua bihurkin batekin estutzen denean edo zirujauak hezur-plaka pintzaz ondo eusten duenean eta konpresio-indarra aplikatzen duenean, plastikozko hezur-plaka hondatu eta urratu egingo da makro zein mikro/nano eskaletan (4A irudia, 2) .Fabrikatutako LOIS-ek kirurgia plastikoan kalte hauek jasan ditzakeen probatzeko, nanoindentazioa egin zen substratu biluziaren gogortasuna eta LOIS mikro/nano eskalan konparatzeko, mikro/nano egituraren propietate mekanikoak Inpaktua (irudia). 4B).Diagrama eskematikoan LOISen deformazio-portaera desberdinak ikusten dira mikro/nano egiturak egoteagatik.Indar-desplazamendu kurba bat marraztu zen nanoindentzioaren emaitzetan oinarrituta (4C irudia).Irudi urdinak substratu biluzia adierazten du, eta horrek deformazio txikia besterik ez du erakusten, 0,26 μm-ko koska-sakonera maximoak ikusten duen moduan.Bestalde, LOIS-en (kurba gorria) ikusten den nanoindentazio-indarraren eta desplazamenduaren pixkanaka-pixkanaka handitzeak propietate mekaniko murriztuen zantzuak izan ditzake, eta, ondorioz, 1,61 μm-ko nanokoskatze-sakonera izan daiteke.LOIS-en dagoen mikro/nano egiturak nanoindentsorearen puntarako aurrerapen-espazio sakonagoa eskaintzen duelako da, beraz, bere deformazioa substratu biluziarena baino handiagoa da.Konsta-Gdoutos et al.(45) uste du nanoegituren presentziagatik, nanoindentazioa eta mikro/nano zimurtasunak nanoindentazio-kurba irregularrak ekartzen dituztela.Ilundutako eremua nanoegiturari egozten zaion deformazio-kurba irregularrari dagokio, eta itzal gabeko eremua mikroegiturari egozten zaio.Deformazio honek euste-lubrikatzailearen mikroegitura/nanoegitura kaltetu dezake eta negatiboki eragin dezake bere zikinen aurkako errendimendua.LOIS-en kalteek duten eragina aztertzeko, kirurgia plastikoan mikro/nano egituren kalte saihestezina errepikatu zen gorputzean.Odolaren eta proteinen atxikimendu-probak erabiliz, LOISen antibiofouling propietateen egonkortasuna zehaztu daiteke in vitro ondoren (4D irudia).Irudi optiko batzuek substratu bakoitzaren zuloetatik gertu izandako kalteak erakusten ditu.Odol-atxikimendu-proba bat egin zen kalte mekanikoak biofouling-en aurkako estalduran duen eragina frogatzeko (4E irudia).SHP bezala, zikintzearen aurkako propietateak kalteen ondorioz galtzen dira, eta LOISek kutsaduraren aurkako propietate bikainak erakusten ditu odola uxatzen duelako.Hau da, gainazaleko energia kaltetutako eremua estaltzen duen ekintza kapilarrak bultzatzen duelako, lubrifikatzaile mikroegituratuaren fluxuak zikintzearen aurkako propietateak berreskuratzen ditu (35).Joera bera ikusi zen albumina erabiliz proteinen atxikimendu proban.Kaltetutako eremuan, SHP gainazalean proteinen atxikimendua asko ikusten da, eta bere eremuaren estaldura neurtuz, substratu biluziaren atxikimendu-mailaren erdia dela kuantifikatu daiteke.Bestalde, LOISek itsatsirik eragin gabe bere antibiofouling propietateak mantendu zituen (4, F eta G irudia).Horrez gain, torlojuaren gainazalean tentsio mekaniko handia jasaten da sarritan, zulaketak adibidez, beraz, LOIS estaldurak torlojuan osorik mantentzeko duen gaitasuna aztertu dugu in vitro.4H irudiak torloju ezberdinen irudi optikoak erakusten ditu, biluziak, SHP eta LOIS barne.Laukizuzen gorriak hezur-inplantazioan estres mekaniko handia gertatzen den xede-eremua adierazten du.Plakaren proteinen atxikimendu-probaren antzera, fluoreszentzia-mikroskopio bat erabiltzen da proteinen atxikimendua irudikatzeko eta estaldura-eremua neurtzeko, LOIS estalduraren osotasuna frogatzeko, nahiz eta tentsio mekaniko handian egon (4, I eta J irudia).LOIS tratatutako torlojuek zikinen aurkako errendimendu bikaina erakusten dute eta ia proteinarik ez da gainazalean itsasten.Bestalde, proteinaren atxikimendua ikusi zen torloju biluzietan eta SHP torlojuetan, non SHP torlojuen azalera estaldura torloju biluzien herena zen.Horrez gain, finkatzeko erabiltzen den inplante ortopedikoak mekanikoki sendoa izan behar du haustura-lekuan aplikatzen den tentsioari aurre egiteko, 4K irudian ikusten den moduan.Hori dela eta, tolestura-proba bat egin zen aldaketa kimikoak propietate mekanikoetan duen eragina zehazteko.Horrez gain, inplantearen tentsio finkoari eusteko egiten da.Indar mekaniko bertikala aplikatu inplantea guztiz tolestu eta tentsio-tentsio kurba lortu arte (4L, 1. irudia).Young-en modulua eta malgutasun-erresistentzia barne bi propietate alderatu ziren substratu biluzien eta LOISen artean haien erresistentzia mekanikoaren adierazle gisa (4L, 2 eta 3. irudia).Young-en moduluak material batek aldaketa mekanikoak jasateko duen gaitasuna adierazten du.Substratu bakoitzaren Young-en modulua 41,48±1,01 eta 40,06±0,96 GPa da, hurrenez hurren;ikusitako aldea %3,4 ingurukoa da.Horrez gain, materialaren gogortasuna zehazten duen tolestura-indarra 102,34 ± 1,51 GPa-koa da substratu biluziarentzat eta 96,99±0,86 GPa SHPrako.Substratu biluzia gutxi gorabehera % 5,3 handiagoa da.Propietate mekanikoen murrizketa txikia koska efektuak eragin dezake.Notch-efektuan, mikro/nano zimurtasunak koska multzo gisa joka dezake, tokiko tentsio-kontzentrazioa eraginez eta inplantearen propietate mekanikoetan eraginez (46).Hala ere, giza hezur kortikalen zurruntasuna 7,4 eta 31,6 GPa artekoa dela eta neurtutako LOIS moduluak giza hezur kortikalenaren zurruntasuna gainditzen duela kontuan hartuta (47), LOIS nahikoa da haustura eta bere orokorrari eusteko. propietate mekanikoek gutxieneko eragina dute gainazaleko aldaketak.
(A) Ebakuntzan zehar inplante ortopedikoari aplikatutako esfortzu mekanikoaren (1) diagrama eskematikoa eta (2) inplante ortopediko kaltetuaren irudi optikoa.(B) Propietate nanomekanikoen neurketaren diagrama eskematikoa nanoindentazio eta LOIS bidez azalera hutsean.(C) Gainazal biluziaren nanoindentazio-indarraren-desplazamendu kurba eta LOIS.(D) In ​​vitro esperimentuen ondoren, simulatu plaka ortopediko mota ezberdinen irudi optikoak (kaltetutako eremua laukizuzen gorri batekin nabarmentzen da) operazioan eragindako tentsio mekanikoa simulatzeko.(E) Odol-atxikimendu-proba eta (F) kaltetutako plaka ortopediko-taldearen proteina-atxikimendu-proba.(G) Neurtu plakari atxikitako proteinaren estaldura.(H) In vitro esperimentuaren ondoren torloju ortopediko mota ezberdinen irudi optikoak.(I) Proteinen atxikimendu-proba, estaldura ezberdinen osotasuna aztertzeko.(J) Neurtu torlojuari atxikitako proteinaren estaldura.(K) Untxiaren mugimenduak tentsio finko bat sortu nahi du hautsitako hezurra.(L) (1) Tolestu probaren emaitzak eta irudi optikoak tolestu aurretik eta ondoren.(2) Young-en moduluaren eta (3) tolestura-erresistentziaren aldea inplante biluziaren eta SHPren artean.Datuak batez besteko ± SD gisa adierazten dira (*P<0,05, **P<0,01, ***P<0,001 eta ****P<0,0001).Irudia adeitasuna: Kyomin Chae, Yonsei Unibertsitatea.
Egoera klinikoetan, material biologikoekin eta zauri-guneekin kontaktu bakterio gehienak biofilm helduetatik datoz (48).Hori dela eta, AEBetako Gaixotasunen Kontrolerako eta Prebentziorako Zentroek kalkulatzen dute giza infekzio guztien % 65 biofilmekin erlazionatuta dagoela (49).Kasu honetan, beharrezkoa da inplantearen gainazalean biofilm eraketa koherentea ematen duen in vivo diseinu esperimentala ematea.Hori dela eta, untxi femoral haustura-eredu bat garatu dugu, zeinetan inplante ortopedikoak bakterioen suspentsio batean aurrez inkubatu eta gero untxi femuretan ezarri, LOIS-en zikintzearen aurkako propietateak in vivo aztertzeko.Hiru gertaera garrantzitsu hauek direla eta, bakterioen infekzioak pre-kulturaren bidez sortzen dira, bakterio-suntsipenen injekzio zuzena baino: (i) Untxien sistema immunea gizakiena baino indartsuagoa da berez;hortaz, bakterioen esekidurak eta bakterio planktonikoak injektatzea posible da Ez du eraginik biofilmen eraketan.(Ii) Bakterio planktonikoak antibiotikoak jasaten ditu, eta ebakuntzaren ondoren antibiotikoak erabili ohi dira;azkenik, (iii) bakterio planktonikoen suspentsioa animaliaren gorputz-fluidoek diluitu dezakete (50).Inplantea inplantatu aurretik bakterio esekidura batean aldez aurretik landuz, ondo azter ditzakegu bakterioen infekzioak eta gorputz arrotzen erreakzioak (FBR) hezurren sendatze prozesuan dituen ondorio kaltegarriak.Untxiak txertatu eta 4 astera sakrifikatu ziren, hezur-sendatze-prozesurako ezinbestekoa den osteointegrazioa 4 astetan amaituko delako.Ondoren, untxiei inplanteak kendu zizkieten beherako azterketetarako.5A irudiak bakterioen ugaltze mekanismoa erakusten du.Infektatutako inplante ortopedikoa gorputzean sartzen da.Bakterioen esekiduran aurre-inkubazioaren ondorioz, inplante biluziekin inplantatutako sei untxietatik sei kutsatu ziren, eta LOIS bidez tratatutako inplanteekin inplantatutako untxietako bat ere ez zegoen infektatu.Bakterioen infekzioak hiru urratsetan egiten dira, hazkuntza, heltze eta sakabanaketa barne (51).Lehenik eta behin, erantsitako bakterioak gainazalean ugaltzen eta hazten dira, eta, ondoren, bakterioek biofilm bat osatzen dute zelulaz kanpoko polimeroa (EPS), amiloidea eta zelulaz kanpoko DNA kanporatzen dutenean.Biofilmak antibiotikoen sartzea oztopatzen ez ezik, antibiotikoak degradatzen dituzten entzimak (adibidez, β-laktamasa) pilatzea sustatzen du (52).Azkenik, biofilmak bakterio helduak inguruko ehunetara zabaltzen ditu.Hori dela eta, infekzioa gertatzen da.Gainera, gorputz arrotz bat gorputzean sartzen denean, erantzun immune indartsua eragin dezakeen infekzio batek hantura larria, mina eta immunitatea gutxitzea eragin dezake.5B irudiak inplante ortopediko bat sartzeak eragindako FBRaren ikuspegi orokorra eskaintzen du, bakterio-infekzio batek eragindako erantzun immunearen ordez.Immunitate-sistemak txertatutako inplantea gorputz arrotz gisa aitortzen du, eta gero zelulak eta ehunak erreakzionatzen ditu gorputz arrotza kapsulatzeko (53).FBRren lehen egunetan, hornidura-matrize bat eratu zen inplante ortopedikoen gainazalean, eta horrek fibrinogenoaren adsortzioa eragin zuen.Adsorbatutako fibrinogenoak fibrina-sare oso trinkoa osatzen du, eta horrek leukozitoen atxikimendua sustatzen du (54).Fibrina sarea osatu ondoren, hantura akutua sortuko da neutrofiloen infiltrazioaren ondorioz.Urrats honetan, hainbat zitokina askatzen dira, hala nola, tumore necrosis faktorea-α (TNF-α), interleukina-4 (IL-4) eta IL-β, eta monozitoak inplantazio gunean infiltratzen hasten dira eta zelula erraldoietan bereizten.Phage (41, 55, 56).FBR murriztea beti izan da erronka, gehiegizko FBRak hantura akutua eta kronikoa eragin dezakeelako, eta horrek konplikazio hilgarriak sor ditzake.Inplante biluziaren eta LOISen inguruko ehunetan bakterio-infekzioek duten eragina ebaluatzeko, hematoxilina eta eosina (H&E) eta Masson trikromoa (MT) tindaketa erabili zen.Substratu hutsekin txertatutako untxientzat, bakterio-infekzio larriak aurrera egin zuten, eta H&E ehun diapositibak argi eta garbi erakutsi zituzten hanturak eragindako abzesuak eta nekrosiak.Bestalde, LOIS antibiofouling gainazal oso sendoak bakterioen atxikimendua galarazten du, beraz, ez du infekzio zantzurik erakusten eta hantura murrizten du (5C irudia).MT tindaketaren emaitzek joera bera erakutsi zuten.Hala ere, MT tindaketak LOISarekin inplantatutako untxietan edema ere erakutsi zuen, susperraldia gertatzear dagoela adieraziz (5D irudia).Erantzun immunearen maila aztertzeko, tindaketa immunohistokimikoa (IHC) egin da erantzun immunearekin erlazionatutako TNF-α eta IL-6 zitokinen bidez.Bakterioen eraginpean egon ez zen inplante negatibo biluzi bat bakterioen eraginpean zegoen baina kutsatuta ez zegoen LOIS batekin alderatu zen, bakterio-infekziorik ezean sendatzeko prozesua aztertzeko.5E irudiak TNF-α adierazten duen IHC diapositiba baten irudi optikoa erakusten du.Eremu marroiak erantzun immunea adierazten du, LOISen erantzun immunea apur bat murriztu dela adierazten du.Horrez gain, IL-6-ren adierazpena LOIS-en antzuaren adierazpen negatiboa baino nabarmen txikiagoa izan zen (5F irudia).Zitokinaren adierazpena zitokinari dagokion antigorputzaren tindaketa eremua neurtuz kuantifikatu zen (5G irudia).Inplante negatiboetara jasandako untxiekin alderatuta, LOISarekin inplantatutako untxien adierazpen maila baxuagoak izan ziren, alde esanguratsu bat erakutsiz.Zitokinen adierazpenaren murrizketak adierazten du LOISen epe luzerako eta egonkorrak zikintzearen aurkako propietateak bakterioen infekzioen inhibizioarekin ez ezik, FBRaren gutxitzearekin ere lotuta daudela, zeina substratuari atxikitako makrofagoek eragindakoa (53, 57, 58).Hori dela eta, LOISen immunitate-iheserako propietateen ondorioz erantzun immune murriztuak inplantazioaren ondoren albo-ondorioak konpondu ditzake, hala nola, kirurgia plastikoaren ondoren gehiegizko erantzun immunologikoa.
(A) Infektatutako inplante ortopediko baten gainazalean biofilma eratzeko eta hedatzeko mekanismoaren eskema eskematikoa.eDNA, zelulaz kanpoko DNA.(B) Inplante ortopedikoa sartu ondoren erantzun immunearen eskema eskematikoa.(C) H&E tindaketa eta (D) MT tindaketa inplante ortopedikoen inguruko ehunen positibo biluziarekin eta LOISekin.Immunitatearekin erlazionatutako (E) TNF-α eta (F) IL-6 zitokinen IHC negatibo biluzik eta LOIS inplantatutako untxien irudi tindatuak dira.(G) Zitokinen adierazpenaren kuantifikazioa eremuaren estalduraren neurketaren bidez (** P <0,01).
LOIS-en biobateragarritasuna eta hezurren sendatze-prozesuan duen eragina in vivo aztertu ziren diagnostiko-irudiak [x izpiak eta mikrokonputazio bidezko tomografia (TC)] eta osteoklastoen IHC erabiliz.6A irudian hezur-sendatze-prozesua hiru fase ezberdinetan agertzen da: hantura, konponketa eta birmoldaketa.Haustura bat gertatzen denean, hanturazko zelulak eta fibroblastoak hautsitako hezurra sartuko dira eta ehun baskularra hazten hasiko dira.Konponketa fasean, ehun baskularren barne-hazkundea haustura gunetik gertu zabaltzen da.Ehun baskularrak hezur berria eratzeko mantenugaiak eskaintzen ditu, kaila deritzona.Hezur-sendatze-prozesuaren azken fasea birmoldatze-etapa da, non kailaren tamaina hezur normalaren tamainara murrizten den osteoklasto aktibatuen maila handitzearen laguntzaz (59).Haustura gunearen hiru dimentsioko (3D) berreraikuntza mikro-CT eskaneatu erabiliz egin da, talde bakoitzean kallusaren eraketa-mailaren desberdintasunak behatzeko.Behatu femurraren ebakidura hautsitako hezurra inguratzen duen kailaren lodiera ikusteko (6, B eta C irudia).X izpiak ere erabili ziren astero talde guztien haustura-guneak aztertzeko, talde bakoitzeko hezur-birsorkuntza-prozesu desberdinak behatzeko (S9. irudia).Kaloak eta hezur helduak urdin/berdez eta boliz ageri dira, hurrenez hurren.Ehun bigun gehienak aurrez ezarritako atalase batekin iragazten dira.Biluzi positiboak eta SHP-k haustura gunearen inguruan kallu kopuru txiki bat eratu zela baieztatu zuten.Bestalde, LOISen ageriko negatiboa eta haustura gunea kail lodiz inguratuta daude.Mikro-CT irudiek erakutsi zuten kailaren sorrera bakterioen infekzioek eta infekzioarekin lotutako hanturak oztopatzen zutela.Hau da, sistema immunologikoak infekzioarekin lotutako hanturak eragindako lesio septikoen sendatzea lehenesten duelako, hezurren berreskurapena baino (60).IHC eta Tartrate-resistant Acid Phosphatase (TRAP) tindaketa egin zen osteoklastoen jarduera eta hezurren birxurgapena behatzeko (6D irudia) (61).Purpura kolorez tindatutako osteoklasto aktibatu batzuk bakarrik aurkitu ziren positibo biluzietan eta SHPetan.Bestalde, LOISen hezur positibo eta helduetatik gertu aktibatutako osteoklasto asko ikusi ziren.Fenomeno horrek adierazten du osteoklastoen presentzian, haustura gunearen inguruko kailua birmoldatze prozesu bortitza jasaten ari dela (62).Kalusaren hezur-bolumena eta osteoklastoen adierazpen-eremua neurtu ziren talde guztietan haustura gunearen inguruan kalusaren eraketa-maila alderatzeko, mikro-CT eskaneatzea eta IHC emaitzak kuantifikatzeko (6E, 1 eta 2. irudia).Espero zen bezala, LOISen negatibo biluziak eta kailaren eraketa beste taldeetan baino nabarmen handiagoak izan ziren, hezur-birmoldaketa positiboa gertatu zela adieraziz (63).S10 irudiak ebakuntza-gunearen irudi optikoa, torlojutik gertu bildutako ehunaren MT tindaketaren emaitza eta TOrloju-hezurren interfazea nabarmentzen duen TRAP tindaketaren emaitza erakusten du.Substratu biluzian, kail eta fibrosi eraketa indartsua ikusi zen, LOIS bidez tratatutako inplanteak, berriz, nahiko atxiki gabeko azalera erakusten zuen.Era berean, negatibo biluziekin alderatuta, fibrosi baxuagoa ikusi zen LOISarekin inplantatutako untxietan, gezi zuriek adierazten duten moduan.Horrez gain, edema irmoa (gezi urdina) LOISen immunitate-iheserako propietateei egotzi diezaieke, eta horrela hantura larria murrizten da.Inplantearen inguruan itsasten ez den gainazalak eta fibrosi murriztuak kentzeko prozesua errazagoa dela iradokitzen du, eta horrek normalean beste hausturak edo hanturak eragiten ditu.Torlojua kendu ondoren hezur-sendatze-prozesua torloju-hezur-interfazeko osteoklastoen jardueraren arabera ebaluatu zen.Bai hezur biluziak bai LOIS inplanteen interfazeak osteoklastoen maila antzekoak xurgatu zituzten hezur-sendatzeko, LOIS estaldurak ez duela eragin negatiborik hezurren sendatzean edo erantzun immunologikoan.LOISean egindako gainazaleko aldaketak hezur-sendatze-prozesuan oztopatzen ez duela egiaztatzeko, X izpien azterketa erabili zen untxien hezur-sendapena ioi negatiboekin eta LOIS inplantazioaren 6 astez alderatzeko (6F irudia).Emaitzek erakutsi zuten kutsatu gabeko talde positibo biluziarekin alderatuta, LOISek hezur-sendatze-maila bera erakutsi zuela, eta ez zegoen hausturaren zantzu nabaririk (osteolisi-lerro jarraitua) bi taldeetan.
(A) Hausturaren ondoren hezurren sendatze-prozesuaren eskema eskematikoa.(B) Gainazal talde bakoitzaren kalusaren eraketa-mailaren aldea eta (C) haustura-gunearen zeharkako irudia.(D) TRAP tindaketa osteoklastoen jarduera eta hezurren birxurgapena ikusteko.TRAP jardueran oinarrituta, hezur kortikalaren kanpoko kalusaren eraketa kuantitatiboki aztertu zen (E) (1) mikro-CT eta (2) osteoklastoen jardueraren bidez.(F) Inplantatu eta 6 aste igaro direnean, agerian dagoen negatiboaren hautsitako hezurren X izpien irudiak (laukizuzen marra gorriarekin nabarmenduta) eta LOIS (laukizuzen marra urdinarekin nabarmenduta).Analisi estatistikoa norabide bakarreko analisiaren (ANOVA) bidez egin zen.* P <0,05.** P <0,01.
Laburbilduz, LOIS-ek bakterioen aurkako infekzio-estrategia eta ihes-estaldura immunologikoa eskaintzen ditu inplante ortopedikoetarako.SHP funtzionalizazioa duten inplante ortopediko konbentzionalak epe laburreko biofouling-aren aurkako propietateak erakusten dituzte, baina ezin dituzte beren propietateak denbora luzez mantendu.Substratuaren superhidrofobikotasunak bakterioen eta substratuaren artean aire-burbuilak harrapatzen ditu, eta horrela aire-poltsak sortzen ditu, bakterioen infekzioa saihestuz.Hala ere, airearen hedapena dela eta, aire-poltsiko hauek erraz kentzen dira.Bestalde, LOISek ongi frogatu du biofilmarekin lotutako infekzioak prebenitzeko duen gaitasuna.Hori dela eta, geruza mikro/nano-egituraren gainazalean injektatutako lubrifikatzaile-geruzaren errefusaren aurkako propietateak direla eta, infekzioarekin lotutako hantura saihestu daiteke.LOIS fabrikazio-baldintzak optimizatzeko hainbat karakterizazio-metodo erabiltzen dira SEM, AFM, XPS eta CA neurketak barne.Horrez gain, LOIS finkapen ortopedikoko ekipoetan erabili ohi diren hainbat material biologikotan ere aplika daiteke, hala nola PLGA, Ti, PE, POM eta PPSU.Ondoren, LOIS in vitro probatu zen erantzun immunologikoarekin erlazionatutako bakterioen eta substantzia biologikoen aurkako biofouling propietateak frogatzeko.Emaitzek erakusten dute bakterioen eta biofouling-aren aurkako efektu bikainak dituela inplante hutsarekin alderatuta.Horrez gain, LOISek indar mekanikoa erakusten du tentsio mekanikoa aplikatu ondoren ere, kirurgia plastikoan saihestezina dena.Mikro/nano egituraren gainazaleko lubrifikatzaileak auto-sendatzeko propietateak direla eta, LOISek arrakastaz mantendu zituen itsu-biologikoen aurkako propietateak.LOISen biobateragarritasuna eta bakterioen aurkako propietateak in vivo aztertzeko, LOIS untxi femurrean ezarri zen 4 astez.Ez zen bakterio-infekziorik ikusi LOISarekin inplantatutako untxietan.Horrez gain, IHC erabiltzeak tokiko erantzun immunearen maila murriztua frogatu zuen, LOISek ez duela hezur-sendatze-prozesua galarazten adieraziz.LOISek bakterioen aurkako eta immunitate-iheserako propietate bikainak ditu, eta frogatu da biofilma eratzea eraginkortasunez ekiditen duela kirurgia ortopedikoa baino lehen eta kirurgia ortopedikoa zehar, batez ere hezur-sintesia egiteko.Untxiaren hezur-muineko hanturazko haustura femoralaren eredua erabiliz, sakon aztertu zen aurrez inkubatutako inplanteek eragindako hezur-sendatze-prozesuan biofilmarekin lotutako infekzioek duten eragina.Etorkizuneko azterketa gisa, in vivo eredu berri bat behar da ezarri ondoren infekzio posibleak aztertzeko, sendatze prozesu osoan zehar biofilmarekin lotutako infekzioak guztiz ulertzeko eta saihesteko.Gainera, osteoindukzioa oraindik konpondu gabeko erronka da LOIS-ekin integratzeko.Ikerketa gehiago behar dira zelula osteoinduktiboen edo medikuntza birsortzaileen atxikimendu selektiboa LOISekin konbinatzeko, erronka gainditzeko.Oro har, LOIS inplante ortopediko itxaropentsu bat da sendotasun mekanikoa eta antibiofouling propietate bikainak dituena, SSI eta bigarren mailako efektu immunologikoak murrizten dituena.
Garbitu 15 mm x 15 mm x 1 mm 304 SS substratua (Dong Kang M-Tech Co., Korea) azetona, EtOH eta DI uretan 15 minutuz kutsatzaileak kentzeko.Azalean mikro/nano-mailako egitura bat osatzeko, garbitutako substratua %48 eta %51 arteko HF disoluzio batean murgiltzen da (DUKSAN Corp., Hego Korea) 50 °C-tan.Grabaketa-denbora 0 eta 60 minutu bitartekoa da.Ondoren, grabatutako substratua ur deionizatuarekin garbitu eta % 65eko HNO3 (Korea DUKSAN Corp.) disoluzio batean jarri zen 50 °C-tan 30 minutuz, kromo oxidoaren pasivazio-geruza bat osatzeko gainazalean.Pasibazioaren ondoren, substratua ur deionizatuarekin garbitu eta lehortu egiten da geruzadun egitura duen substratua lortzeko.Jarraian, substratua oxigeno-plasmaren eraginpean jarri zen (100 W, 3 minutu), eta berehala 8,88 mM POTS (Sigma-Aldrich, Alemania) disoluzio batean murgildu zen toluenoan giro-tenperaturan 12 orduz.Ondoren, POTSez estalitako substratua EtOHz garbitu eta 150 °C-tan errekostu zen 2 orduz POTS SAM trinkoa lortzeko.SAM estalduraren ondoren, lubrifikatzaile-geruza bat eratu zen substratuan perfluoropolieter lubrifikatzaile bat aplikatuz (Krytox 101; DuPont, AEB) 20 μm/cm 2-ko karga-bolumena duena. Erabili aurretik, lubrifikatzailea iragazi 0,2 mikrako iragazki baten bidez.Kendu gehiegizko lubrifikatzailea 45°-ko angeluan okertuz 15 minutuz.Fabrikazio-prozedura bera erabili zen 304 SS-z egindako inplante ortopedikoetarako (blokeatzeko plaka eta kortikala blokeatzeko torlojua; Dong Kang M-Tech Co., Korea).Inplante ortopediko guztiak untxi femuraren geometriari egokitzeko diseinatuta daude.
Substratuaren eta inplante ortopedikoen gainazaleko morfologia eremu-igorpenaren SEM (Inspect F50, FEI, AEB) eta AFM (XE-100, Park Systems, Hego Korea) bidez ikuskatu zen.Gainazaleko zimurtasuna (Ra, Rq) 20 μm-ko azalera 20 μm (n=4) biderkatuz neurtzen da.Gainazaleko konposizio kimikoa aztertzeko, XPS (PHI 5000 VersaProbe, ULVAC PHI, Japonia) sistema bat erabili zen 100μm2-ko Al Kα X izpien iturri batekin hornitutako XPS sistema.Irudiak hartzeko kamera dinamiko batekin hornitutako CA neurtzeko sistema bat erabili zen (SmartDrop, FEMTOBIOMED, ​​​​Hego Korea) CA eta SA likidoak neurtzeko.Neurketa bakoitzeko, 6 eta 10 μl tanta (ur deionizatua, zaldiaren odola, EG, % 30eko etanola eta HD) jartzen dira gainazalean CA neurtzeko.Substratuaren inklinazio angelua 2°/s-ko abiaduran (n = 4) handitzen denean, SA neurtzen da tantak erortzean.
Pseudomonas aeruginosa [American Type Culture Collection (ATCC) 27853] eta MRSA (ATCC 25923) ATCC (Manassas, Virginia, AEB) erosi ziren eta stock-kultura -80 °C-tan mantendu zen.Erabili aurretik, izoztutako kultura tripsinaz desizoztutako soja-saldan (Komed, Korea) 37 °C-tan inkubatu zen 18 orduz eta gero bi aldiz transferitu zen aktibatzeko.Inkubazioaren ondoren, kultura zentrifugatu zen 10.000 rpm-tan 10 minutuz 4 ° C-tan eta bi aldiz garbitu zen PBS (pH 7,3) disoluzio batekin.Ondoren, zentrifugatutako kultura odol agar plaketan (BAP) azpilantzen da.MRSA eta Pseudomonas aeruginosa gauez prestatu eta Luria-Bertani saldan hazi ziren.Pseudomonas aeruginosa eta MRSA-ren kontzentrazioa inokuluan kuantitatiboki zehaztu zen suspentsioaren CFU-k serieko diluzioetan agar gainean.Ondoren, egokitu bakterioen kontzentrazioa 0,5 McFarland estandarrera, hau da, 108 CFU/ml-ren baliokidea.Ondoren, diluitu 100 aldiz laneko bakterioen esekidura 106 CFU/ml-ra.Bakterioen aurkako atxikimendu-propietateak probatzeko, substratua 121 °C-tan esterilizatu zen erabili aurretik 15 minutuz.Ondoren, substratua 25 ml bakterio esekidurara transferitu zen eta 37 °C-tan inkubatu zen astindu indartsuarekin (200 rpm) 12 eta 72 orduz.Inkubazioaren ondoren, substratu bakoitza inkubagailutik kendu eta 3 aldiz garbitu zen PBSarekin gainazalean flotatzen ari ziren bakterioak kentzeko.Biofilma substratuan behatzeko, biofilma metanolarekin finkatu eta 1 ml krimidina laranjaz tindatu zen 2 minutuz.Ondoren, fluoreszentzia-mikroskopio bat (BX51TR, Olympus, Japonia) erabili zen zikindutako biofilmaren argazkiak ateratzeko.Substratuaren biofilma kuantifikatzeko, atxikitako zelulak substratutik bereizi ziren aleen zurrunbiloaren metodoaren bidez, eta horixe zen bakterio erantsiak kentzeko metodo egokiena (n = 4).Pintza esterila erabiliz, kendu substratua hazteko mediotik eta kolpatu putzu-plaka gehiegizko likidoa kentzeko.Erantsi gabeko zelulak PBS antzuarekin bi aldiz garbituz kendu ziren.Ondoren substratu bakoitza % 0,1eko proteina ept gatz (PSW) 9 ml eta 20 eta 25 beirazko ale esteriletako 2 g (0,4 eta 0,5 mm-ko diametroa) dituen saiakuntza-hodi esteri batera transferitu zen.Ondoren, 3 minutuz zurrunbiloan jarri zen zelulak lagintik askatzeko.Zurrunbilo egin ondoren, esekidura seriean 10 aldiz diluitu zen % 0,1 PSWrekin, eta, ondoren, diluzio bakoitzeko 0,1 ml BAP-en inokulatu zen.24 ordu 37 °C-tan inkubatzeko, CFU eskuz zenbatu zen.
Zeluletarako, sagu fibroblastoak NIH/3T3 (CRL-1658; American ATCC) eta sagu makrofagoak RAW 264.7 (TIB-71; American ATCC) erabili ziren.Erabili Dulbeccoren eraldatutako Eagle medioa (DMEM; LM001-05, Welgene, Korea) saguaren fibroblastoak hazteko eta %10eko txahal-serumarekin (S103-01, Welgene) eta %1 penizilina-estreptomizina (PS; LS202-02, Welgene (Welgene)) osatzeko. Erabili DMEM saguaren makrofagoak hazteko, behi-serum fetalarekin (S001-01, Welgene) eta % 1eko PSrekin osatuta. Jarri substratua sei putzuko hazkuntzako plakan, eta zelulak 105 zelula/cm2-an inokulatu. Zelulak gauean inkubatu ziren 37 ° C eta % 5 CO2-tan, zelulak % 4 paraformaldehidoarekin finkatu ziren 20 minutuz eta 5 minutuz 5 minutuz 50 nM tetrametilrodaminetan murgildu ziren 37 °C-tan 30 minutuz, inkubazio-prozesuaren ondoren, erabili substratua 4′,6-diamino-2-phenylindole (H -1200, Vector Laboratories, UK) VECTASHIELD finkatzeko medio (n = 4 proteina bakoitzeko). , fluoreszeina, fluoreszeina isotiozianato-albumina (A9771, Sigma-Aldrich, Alemania) eta giza plasma Alexa Fluor 488-ko fibrinogeno konjokatua (F13191, Invitrogen, AEB) PBSn (10 mM, pH 7,4) disolbatu zen.Albuminaren eta fibrinogenoaren kontzentrazioak 1 eta 150 μg/ml izan ziren, hurrenez hurren.Substratua ondoren Proteina-soluzioan murgildu aurretik, garbitu PBS-rekin gainazala berhidratatzeko.Ondoren, murgildu substratu guztiak proteina-soluzioa duen sei putzuko plaka batean eta inkubatu 37 °C-tan 30 eta 90 minutuz.Inkubazioaren ondoren, substratua proteina-disoluziotik kendu, poliki-poliki garbitu zen 3 aldiz PBSrekin eta %4ko paraformaldehidoarekin finkatu zen (n = 4 proteina bakoitzeko).Kaltziorako, sodio kloruroa (0,21 M) eta potasio fosfatoa (3,77 mM) ur deionizatuan disolbatu zen.Disoluzioaren pH 2,0ra egokitu zen klorhidrato-disoluzioa (1M) gehituz.Ondoren, kaltzio kloruroa (5,62 mM) disoluzioan disolbatu zen.1M tris(hidroximetil)-amino gehituz Metanoak disoluzioaren pH 7,4ra doitzen du.Murgildu substratu guztiak 1,5× kaltzio fosfatoko disoluzioz betetako sei putzuko plaka batean eta kendu disoluziotik 30 minutu igaro ondoren.Tindatzeko, 2 g Alizarin Red S (CI 58005) Nahastu 100 ml ur desionizatuarekin.Ondoren, erabili % 10eko amonio hidroxidoa pH-a 4ra doitzeko. Tindatu substratua Alizarin Red disoluzioarekin 5 minutuz, eta, ondoren, astindu gehiegizko koloratzailea eta garbitu.Astindu prozesuaren ondoren, kendu substratua.Materiala deshidratatu egiten da, ondoren azetonan murgiltzen da 5 minutuz, ondoren azetona-xileno (1:1) disoluzio batean murgiltzen da 5 minutuz eta, azkenik, xilenoarekin garbitzen da (n = 4).Fluoreszentzia mikroskopioa (Axio Imager) ×10 eta ×20 objektibo lenteekin erabiltzen da..A2m, Zeiss, Alemania) substratu guztiak irudikatzen ditu.ImageJ/FIJI (https://imagej.nih.gov/ij/) substantzia biologikoen atxikimendu-datuak kuantifikatzeko lau irudi-eremu ezberdinetako talde bakoitzean erabili zen.Bihurtu irudi guztiak irudi bitar bihurtu atalase finkoak dituzten substratuak alderatzeko.
Zeiss LSM 700 mikroskopio konfokal bat erabili zen PBSko lubrifikatzaile-geruzaren egonkortasuna islatzeko moduan kontrolatzeko.Fluoro-oinarritutako SAM estalitako beira lagina injektatutako geruza lubrifikatzaile batekin murgildu zen PBS soluzio batean, eta astindu orbital batekin (SHO-1D; Daihan Scientific, Hego Korea) astindu-baldintza leunetan (120 rpm) probatu zen.Ondoren, hartu lagina eta kontrolatu lubrifikatzailearen galera islatutako argiaren galera neurtuz.Hausnarketa moduan fluoreszentzia-irudiak eskuratzeko, lagina 633 nm-ko laser baten eraginpean jartzen da eta ondoren biltzen da, argia laginaren bueltan islatuko delako.Laginak 0, 30, 60 eta 120 orduko denbora tarteetan neurtu dira.
Azalera aldatzeko prozesuak inplante ortopedikoen propietate nanomekanikoetan duen eragina zehazteko, nanoindendiona neurtzeko hiru isurialdeko piramide itxurako Berkovich diamante-puntaz hornitutako nanoindentsore bat (TI 950 TriboIndenter, Hysitron, AEB) erabili da.Gailuko karga 10 mN-koa da eta azalera 100μmx 100μm-koa.Neurketa guztietarako, karga- eta deskarga-denbora 10 s-koa da, eta koska-karga goreneko euste-denbora 2 s-koa da.Hartu neurketak bost toki ezberdinetatik eta hartu batez bestekoa.Kargapean erresistentzia mekanikoaren errendimendua ebaluatzeko, zeharkako hiru puntuko tolestura-proba bat egin zen saiakuntza-makina unibertsal batekin (Instron 5966, Instron, AEB).Substratua 10 N/s-ko abiadura konstantean konprimitzen da karga handituarekin.Bluehill Universal software programa (n = 3) erabili zen flexio-modulua eta konpresio-esfortzu maximoa kalkulatzeko.
Eragiketa-prozesua eta ebakuntzan eragindako kalte mekanikoa simulatzeko, eragiketa-prozesua in vitro egin zen.Femurak exekutatu ziren Zeelanda Berriko untxi zurietatik jaso zituzten.Femurra garbitu eta %4ko paraformaldehidoan finkatu zen astebetez.Animalien esperimentuaren metodoan deskribatzen den moduan, femur finkoa kirurgikoki operatu zen.Ebakuntza egin ondoren, inplantea ortopedikoa odolean murgildu zen (zaldi-odolean, KISAN, Korea) 10 segundoz, lesio mekanikoa aplikatu ondoren odol-atxikimenduak gertatu ote ziren baieztatzeko (n = 3).
Guztira, Zeelanda Berriko 24 untxi zuri ar (3,0 eta 3,5 kg-ko pisua, batez besteko adina 6 hilabete) lau taldetan banatu ziren ausaz: biluzi negatiboa, biluzi positiboa, SHP eta LOIS.Animaliak inplikatzen dituzten prozedura guztiak Animalien Zainketa eta Erabilera Instituzionaleko Batzordearen estandar etikoen arabera egin ziren (IACUC onartua, KOREA-2017-0159).Inplante ortopedikoak haustura finkatzeko bost zulo dituen blokeo-plaka bat (41 mm-ko luzera, 7 mm-ko zabalera eta 2 mm-ko lodiera) eta blokeo-torloju kortikalak (12 mm-ko luzera, 2,7 mm-ko diametroa) ditu.Talde negatibo hutsean erabilitako plaka eta torlojuak izan ezik, plaka eta torloju guztiak MRSA esekiduran (106 CFU/ml) inkubatu ziren 12 orduz.Biluzik-negatibo taldea (n=6) gainazaleko inplante biluziekin tratatu zen, bakterioen esekiduraren eraginik gabe, infekzioaren kontrol negatibo gisa.Talde positibo biluziari (n = 6) bakterioei jasandako gainazaleko inplante batekin tratatu zen infekzioaren kontrol positibo gisa.SHP taldea (n = 6) bakterioki jasandako SHP inplanteekin tratatu zen.Azkenik, LOIS taldea bakterioek jasandako LOIS inplanteekin tratatu zen (n = 6).Animalia guztiak kaiola batean gordetzen dira, eta janari eta ur asko ematen dira.Ebakuntza egin aurretik, untxiak 12 orduz barau egiten zuten.Animaliak xilazina (5 mg/kg) eta paclitaxel (3 mg/kg) zain barneko injekzio bidez anestesiatu zituzten indukziorako.Horren ondoren, isoflurano % 2 eta oxigeno medikoa % 50 eta % 70 (emari-abiadura 2 L/min) eman arnas aparatutik anestesia mantentzeko.Alboko femurra hurbilketa zuzen baten bidez ezartzen da.Ilea depilatu eta azala povidona-iodoz desinfektatu ondoren, 6 cm inguruko ebakidura egin zen ezkerreko erdiko femurraren kanpoaldean.Femurra estaltzen duten muskuluen arteko tartea irekiz, femurra guztiz agerian geratzen da.Jarri plaka femoral ardatzaren aurrean eta finkatu lau torlojurekin.Finkatu ondoren, erabili zerra-xafla (1 mm-ko lodiera) bigarren zuloaren eta laugarren zuloaren arteko eremuan haustura artifizial bat sortzeko.Ebakuntza amaitzean, zauria gatzarekin garbitu eta josturaz itxi zen.Untxi bakoitzari larruazalpeko enrofloxazina (5 mg/kg) injektatu zitzaien heren bat gatzetan diluitua.Ebakuntza-ondoko femurraren X izpiak hartu zituzten animalia guztietan (0, 7, 14, 21, 28 eta 42 egun), hezurren osteotomia baieztatzeko.Anestesia sakonaren ondoren, animalia guztiak zain barneko KCl (2 mmol/kg) hil zituzten 28 eta 42 egunetan.Exekutatu ondoren, femurra mikro-CT bidez eskaneatu zen, lau taldeen artean hezurren sendatze prozesua eta hezur berrien eraketa behatzeko eta alderatzeko.
Exekutatu ondoren, inplante ortopedikoekin zuzeneko kontaktuan zeuden ehun bigunak bildu ziren.Ehuna % 10eko formalin neutroan finkatu zen gau osoan eta, ondoren, EtOHn deshidratatu zen.Ehun deshidratatua parafinan txertatu eta 40 μm-ko lodiera batean sekzionatu zen mikrotomo bat erabiliz (400CS; EXAKT, Alemania).Infekzioa ikusteko, H&E tindaketa eta MT tindaketa egin ziren.Ostalariaren erantzuna egiaztatzeko, sekatutako ehuna untxiaren anti-TNF-α antigorputz primarioarekin (AB6671, Abcam, AEB) eta untxiaren aurkako IL-6 (AB6672; Abcam, AEB) inkubatu zen, eta gero erradiarekin tratatu zen.Oxidasa.Abidina-biotina konplexua (ABC) tindaketa sistema aplikatu ataletan fabrikatzailearen argibideen arabera.Erreakzio produktu marroi gisa agertzeko, zati guztietan 3,3-diaminobenzidina erabili zen.Diapositiba eskaner digital bat (Pannoramic 250 Flash III, 3DHISTECH, Hungaria) erabili zen xerra guztiak ikusteko, eta talde bakoitzeko gutxienez lau substratu aztertu ziren ImageJ softwarearen bidez.
Ebakuntzaren ondoren eta astero X izpien irudiak hartu zituzten animalia guztietan hausturaren sendaketa kontrolatzeko (n=6 talde bakoitzeko).Exekutatu ondoren, bereizmen handiko mikro-CT erabili zen sendatu ondoren femurraren inguruan kailaren eraketa kalkulatzeko.Lortutako femurra garbitu, %4ko paraformaldehidoan finkatu zen 3 egunez, eta %75eko etanoletan deshidratatu.Ondoren, deshidratatutako hezurrak mikro-CT (SkyScan 1173, Brooke Micro-CT, Kandy, Belgika) erabiliz eskaneatu ziren, hezur-laginaren 3D voxel irudiak (2240 ​​× 2240 pixel) sortzeko.Erabili 1,0 mm-ko Al iragazkia seinalearen zarata murrizteko eta eskaneaketa guztietan bereizmen handia aplikatzeko (E = 133 kVp, I = 60 μA, integrazio denbora = 500 ms).Nrecon softwarea (1.6.9.8 bertsioa, Bruker microCT, Kontich, Belgika) eskuratutako 2D alboko proiekziotik eskaneatutako laginaren 3D bolumena sortzeko erabili zen.Analisirako, 3D berreraikitako irudia 10 mm × 10 mm × 10 mm kubotan banatzen da haustura gunearen arabera.Kalkulatu hezur kortikaletik kanpoko kaila.DataViewer (1.5.1.2 bertsioa; Bruker microCT, Kontich, Belgika) softwarea erabili zen eskaneatutako hezur-bolumena digitalki birbideratzeko, eta CT-Analyzer (1.14.4.1 bertsioa; Bruker microCT, Kontich, Belgika) softwarea erabili zen aztertzeko.X izpien xurgapen-koefiziente erlatiboak hezur helduan eta kailaren dentsitatearen arabera bereizten dira, eta gero kailaren bolumena kuantifikatzen da (n = 4).LOISen biobateragarritasunak hezur-sendatze prozesua atzeratzen ez duela egiaztatzeko, X izpien eta mikro-CT azterketa osagarriak egin ziren bi untxitan: biluzik-negatiboan eta LOIS taldeetan.Bi taldeak 6. astean exekutatu zituzten.
Sakrifikatutako animalien femurak bildu eta %4ko paraformaldehidoan finkatu ziren 3 egunez.Ondoren, inplante ortopedikoa kontu handiz ateratzen da femurrean.Femurra 21 egunez deskaltzifikatu zen 0,5 M EDTA erabiliz (EC-900, National Diagnostics Corporation).Ondoren, deskaltzifikatutako femurra EtOHn murgildu zen deshidratatu zedin.Femurra deshidratatua xilenoan kendu eta parafinan sartu zen.Ondoren, lagina zatitu zen mikrotomo birakari automatiko batekin (Leica RM2255, Leica Biosystems, Alemania) 3 μm-ko lodiera duena.TRAP tindatzeko (F6760, Sigma-Aldrich, Alemania), sekatutako laginak desparafinizatu, berhidratatu eta TRAP erreaktiboan inkubatu ziren 37 °C-tan ordubetez.Irudiak diapositiba-eskaner baten bidez eskuratu ziren (Pannoramic 250 Flash III, 3DHISTECH, Hungaria) eta kuantifikatu ziren zikindutako eremuaren estaldura neurtuz.Esperimentu bakoitzean, talde bakoitzeko gutxienez lau substratu aztertu ziren ImageJ softwarearen bidez.
Esangura estatistikoaren azterketa GraphPad Prism (GraphPad Software Inc., AEB) erabiliz egin da.Ebaluazio-taldeen arteko desberdintasunak probatzeko, parekatu gabeko t-testa eta bariantza-modu bakarreko analisia (ANOVA) erabili ziren.Irudian esangura-maila honela adierazten da: *P<0,05, **P<0,01, ***P<0,001 eta ****P<0,0001;NS, alde nabarmenik ez.
Artikulu honetarako material osagarrietarako, ikusi http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/44/eabb0025/DC1
Creative Commons Aitortu-Ez-Komertzialaren Lizentziaren baldintzen arabera banatutako sarbide irekiko artikulua da hau, zeinak edozein euskarritan erabili, banatu eta erreproduzitzea ahalbidetzen duena, betiere erabilera komertzialerako irabazia ez bada eta jatorrizkoa dela oinarritzat hartuta. lana zuzena da.Erreferentzia.
Oharra: helbide elektroniko bat ematea baino ez dizugu eskatzen, orrialdera gomendatzen duzun pertsonak jakin dezan mezu elektronikoa ikustea nahi duzula eta posta elektronikoa ez dela spama.Ez dugu helbide elektronikorik harrapatuko.
Galdera hau giza bisitaria zaren ala ez probatzeko eta spam bidalketa automatikoak saihesteko erabiltzen da.
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
Inplante ortopedikoen bakterioen aurkako eta ihes-estaldura immunologikoek infekzioek eragindako infekzioak eta erantzun immunologikoak murrizten dituzte.
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
Inplante ortopedikoen bakterioen aurkako eta ihes-estaldura immunologikoek infekzioek eragindako infekzioak eta erantzun immunologikoak murrizten dituzte.
©2021 Zientziaren Aurrerapenerako Amerikako Elkartea.Eskubide guztiak erreserbatuak.AAAS HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef eta COUNTER-en bazkidea da.ScienceAdvances ISSN 2375-2548.