Foar pasjinten dy't ortopedyske ymplant sjirurgy ûndergeane, binne baktearjele ynfeksjes en ynfeksje-induzearre ymmúnreaksjes altyd libbensbedrige risiko's west.Konvinsjonele biologyske materialen binne gefoelich foar biologyske fersmoarging, wêrtroch baktearjes it ferwûne gebiet ynfalle en postoperative ynfeksje feroarsaakje.Dêrom is d'r in driuwend ferlet om anty-ynfeksje en immune ûntsnappingscoatings te ûntwikkeljen foar ortopedyske ymplantaten.Hjir hawwe wy in avansearre technology foar oerflakmodifikaasje ûntwikkele foar ortopedyske ymplantaten neamd Lubricated Orthopedic Implant Surface (LOIS), dy't is ynspireare troch it glêde oerflak fan pitcher plant pitchers.LOIS hat lang duorjende en sterke floeibere wjerstân tsjin in ferskaat oan floeistoffen en biologyske stoffen (ynklusyf sellen, aaiwiten, kalsium en baktearjes).Derneist hawwe wy de meganyske duorsumens befêstige tsjin krassen en fixaasjekrêft troch de ûnûntkombere skea te simulearjen tidens de in vitro sjirurgy.It model foar inflammatoire femorale fraktuer fan knynbonken waard brûkt om de anty-biologyske skaalfergrutting en anty-ynfeksjefeardigens fan LOIS yngeand te studearjen.Wy sjogge foar dat LOIS, dy't anty-biofouling-eigenskippen en meganyske duorsumens hat, in stap foarút is yn ynfeksjefrije ortopedyske sjirurgy.
Tsjintwurdich is it oantal pasjinten dy't lije oan ortopedyske sykten (lykas âldere fraktueren, degenerative mienskiplike sykten, en osteoporose) gâns tanommen fanwegen de algemiene fergrizing (1, 2).Dêrom hechtsje medyske ynstellingen grut belang oan ortopedyske sjirurgy, ynklusyf ortopedyske ymplantaten fan skroeven, platen, nagels en keunstmjittige gewrichten (3, 4).Tradysjonele ortopedyske ymplantaten binne lykwols rapportearre om gefoelich te wêzen foar baktearjele adhesion en biofilmfoarming, dy't chirurgyske side-ynfeksje (SSI) kinne feroarsaakje nei operaasje (5, 6).Sadree't de biofilm wurdt foarme op it oerflak fan it ortopedysk ymplant, it fuortheljen fan de biofilm wurdt ekstreem lestich sels mei it brûken fan grutte doses fan antibiotika.Dêrom liedt it meastentiids ta slimme postoperative ynfeksjes (7, 8).Troch de boppesteande problemen moat de behanneling fan ynfekteare ymplantaten reoperaasje befetsje, ynklusyf it fuortheljen fan alle ymplantaten en omlizzende weefsels;dêrom, de pasjint sil lije swiere pine en guon risiko 's (9, 10).
Om guon fan dizze problemen op te lossen, binne ortopedyske ymplantaten dy't medisyn eluearje, ûntwikkele om ynfeksje te foarkommen troch it eliminearjen fan baktearjes oan it oerflak (11, 12).De strategy toant lykwols noch ferskate beheiningen.It is rapportearre dat lange-termyn ymplantaasje fan drugs-eluearjende ymplantaten skea feroarsake hat oan omlizzende weefsels en feroarsake ûntstekking, wat kin liede ta nekrose (13, 14).Derneist fereaskje de organyske solvents dy't bestean kinne nei it fabrikaazjeproses fan ortopedyske ymplantaten dy't troch de US Food and Drug Administration strikt ferbean binne, ekstra suveringsstappen om te foldwaan oan har noarmen (15).Drug-eluting-ymplantaten binne útdaagjend foar de kontroleare frijlitting fan medisinen, en troch har beheinde medisynladen is lange termyn tapassing fan it medisyn net mooglik (16).
In oare mienskiplike strategy is om it ymplantaat mei in antifouling-polymeer te manteljen om te foarkommen dat biologyske saken en baktearjes oan it oerflak oanhâlde (17).Bygelyks, zwitterionyske polymers hawwe oandacht lutsen fanwegen har net-adhesive eigenskippen by kontakt mei plasmaproteinen, sellen en baktearjes.It hat lykwols wat beheiningen yn ferbân mei lange termyn stabiliteit en meganyske duorsumens, dy't har praktyske tapassing yn ortopedyske ymplantaten hinderje, benammen fanwege meganyske skrapping by sjirurgyske prosedueres (18, 19).Derneist, fanwegen syn hege biokompatibiliteit, gebrek oan needsaak foar ferwidering sjirurgy, en oerflak skjinmeitsjen eigenskippen troch corrosie, orthopedyske ymplantaten makke fan biodegradable materialen binne brûkt (20, 21).Tidens corrosie wurde de gemyske bannen tusken de polymearmatrix ôfbrutsen en losmakke fan it oerflak, en de adherenten skjinmeitsje it oerflak.Anti-biologyske fersmoarging troch oerflakreiniging is lykwols effektyf yn koarte tiid.Derneist sille de measte opneembare materialen, ynklusyf poly(melksäure-glycolsäure-kopolymer) (PLGA), polymelksäure (PLA) en legeringen op magnesiumbasis, uneven biologyske ôfbraak en eroazje yn it lichem ûndergean, wat de meganyske stabiliteit negatyf sil beynfloedzje.(Twaentweintich).Dêrnjonken jouwe de biologysk ôfbrekbere plaatfragminten in plak foar baktearjes om te hechtsjen, wat de kâns op besmetting op termyn fergruttet.Dit risiko fan meganyske degradaasje en ynfeksje beheint de praktyske tapassing fan plastyske sjirurgy (23).
Superhydrofobe (SHP) oerflakken dy't de hiërargyske struktuer fan lotusblêden mimike binne in potinsjele oplossing wurden foar anty-fouling oerflakken (24, 25).Wannear't de SHP oerflak wurdt ûnderdompele yn floeiber, lucht bubbels wurde fongen, dêrmei foarmje lucht pockets en it foarkommen fan baktearjele adhesion (26).Resinte stúdzjes hawwe lykwols oantoand dat it SHP-oerflak neidielen hat yn ferbân mei meganyske duorsumens en stabiliteit op lange termyn, dy't har tapassing yn medyske ymplantaten hinderet.Boppedat sille de loftpockets har anty-fouling-eigenskippen oplosse en ferlieze, sadat in bredere baktearjele adhesion resulteart troch it grutte oerflak fan it SHP-oerflak (27, 28).Koartlyn yntrodusearre Aizenberg en kollega's in ynnovative metoade foar anty-biofouling oerflak coating troch it ûntwikkeljen fan in glêd oerflak ynspirearre troch Nepenthes pitcher plant (29, 30).It glêde oerflak toant lange-termyn stabiliteit ûnder hydraulyske omstannichheden, is ekstreem floeiber ôfstotend foar biologyske floeistoffen, en hat sels-reparearjende eigenskippen.D'r is lykwols gjin metoade om in coating oan te passen op in kompleksfoarmige medyske ymplant, noch is it bewiisd dat it it genêzingsproses fan skansearre weefsel nei ymplantaasje stipet.
Hjir, wy yntrodusearje in smeerde ortopedysk implant oerflak (LOIS), in mikro / nano-strukturearre ortopedysk implant oerflak en strak kombinearre mei in tinne lubricant laach om foar te kommen dat it wurdt assosjearre mei plastyske sjirurgy Bakteriële ynfeksjes, lykas fraktuer fixaasje.Om't de fluor-funksjonalisearre mikro / nano-nivo struktuer it smeermiddel stevich op 'e struktuer fixearret, kin de ûntwikkele LOIS de adhesion fan ferskate floeistoffen folslein ôfwize en anty-fouling-prestaasjes foar in lange tiid behâlde.LOIS-coatings kinne wurde tapast op materialen fan ferskate foarmen bedoeld foar bonkensynteze.De treflike anty-biofouling-eigenskippen fan LOIS tsjin biofilmbaktearjes [Pseudomonas aeruginosa en methicilline-resistint Staphylococcus aureus (MRSA)] en biologyske stoffen (sellen, aaiwiten en kalsium) binne yn vitro befêstige.De adhesion rate fan wiidweidige adhesion oan it substraat is minder dan 1%.Derneist, sels nei meganyske stress lykas oerflakkrassen, helpt de selshealing feroarsake troch it penetrearjende smeermiddel syn anty-fouling-eigenskippen te behâlden.De resultaten fan meganyske duorsumenstest litte sjen dat sels nei strukturele en gemyske modifikaasje de totale sterkte net signifikant sil wurde fermindere.Derneist waard in in vitro-eksperimint dat de meganyske stress yn 'e sjirurgyske omjouwing simuleart útfierd om te bewizen dat LOIS ferskate meganyske spanningen kin wjerstean dy't foarkomme by plastyske sjirurgy.Uteinlik brûkten wy in konyn-basearre in vivo femorale fraktuermodel, wat bewiisde dat LOIS superieure antibakteriële eigenskippen en biokompatibiliteit hat.Radiologyske en histologyske resultaten befêstige dat stabyl smeermiddelgedrach en anty-biofouling-eigenskippen binnen 4 wiken nei ymplantaasje effektive anty-ynfeksje en immune ûntsnappingsprestaasjes kinne berikke sûnder it bonkenhealingsproses te fertrage.
Figuer 1A toant in skematysk diagram fan 'e ûntwikkele LOIS, dy't mei mikro / nano-skaal struktueren ymplantearre is yn it rabbit femoral fraktuermodel om syn treflike anty-biologyske fouling en anty-ynfeksje-eigenskippen te befestigjen.In biomimetyske metoade wurdt útfierd om it oerflak fan in wetterpotplant te simulearjen, en om biofouling te foarkommen troch in smeermiddellaach yn te nimmen yn 'e mikro / nano-struktuer fan it oerflak.It oerflak ynjeksje mei smeermiddel kin it kontakt tusken biologyske stoffen en it oerflak minimalisearje.Dêrom, troch de foarming fan stabile gemyske obligaasjes op it oerflak, hat it poerbêste antifouling-prestaasjes en lange-termyn stabiliteit.As gefolch, de anty-biofouling eigenskippen fan it smeer oerflak tastean ferskate praktyske tapassingen yn biomedysk ûndersyk.Wiidweidich ûndersyk nei hoe't dit spesjale oerflak ynteraksje yn it lichem is lykwols noch net foltôge.Troch LOIS te fergelykjen mei neakene substraten in vitro mei albumine en biofilmbaktearjes, kin de net-adhesiveness fan LOIS befêstige wurde (figuer 1B).Derneist, troch it ôfrollen fan 'e wetterdruppels op' e hellende bleate substraat en it LOIS-substraat (figuer S1 en Movie S1), kin de prestaasjes fan biologyske fersmoarging wurde oantoand.Lykas sjen litten yn de fluorescence mikroskoop ôfbylding, toande de bleatsteld substraat incubated yn in ophinging fan aaiwyt en baktearjes in grutte hoemannichte biologysk materiaal adhering oan it oerflak.Troch syn treflike anty-biofouling-eigenskippen toant LOIS lykwols amper fluoreszinsje.Om syn anty-biofouling en anty-ynfeksje-eigenskippen te befestigjen, waard LOIS tapast op it oerflak fan ortopedyske ymplantaten foar bonkensynthese (platen en skuorren) en pleatst yn in knynfraktuermodel.Foar implantaasje waarden it neakene ortopedyske ymplantaat en LOIS 12 oeren yn in baktearjele suspensje ynkubeare.De pre-incubation soarget derfoar dat in biofilm wurdt foarme op it oerflak fan de bleatsteld implant foar ferliking.Figuer 1C lit in foto sjen fan 'e fraktuerside 4 wiken nei ymplantaasje.Links toande in knyn mei in bleate ortopedysk ymplant in swier nivo fan ûntstekking troch de formaasje fan in biofilm op it oerflak fan it ymplantaat.It tsjinoerstelde resultaat waard beoardiele yn konijnen dy't mei LOIS ymplantearre binne, dat is, de omlizzende weefsels fan LOIS lieten gjin tekens fan ynfeksje noch tekens fan ûntstekking sjen.Dêrnjonken jout it optyske byld oan 'e lofterkant de sjirurgyske side fan' e knyn mei it bleatstelde ymplant oan, wat oanjout dat gjin meardere adhesiven oanwêzich op it oerflak fan 'e bleatstelde ymplant op it oerflak fan' e LOIS fûn binne.Dit lit sjen dat LOIS stabiliteit op lange termyn hat en de mooglikheid hat om syn anty-biologyske fouling en anty-adhesion eigenskippen te behâlden.
(A) Skematysk diagram fan LOIS en har ymplantaasje yn in knyn femorale fraktuermodel.(B) Fluorescence mikroskopyôfbylding fan proteïne en baktearjende biofilm op bleate oerflak en LOIS-substraat.4 wiken nei ymplantaasje, (C) in fotografysk byld fan de fraktuer site en (D) in X-ray ôfbylding (markearre troch in reade rjochthoeke).Ofbylding mei hoflikens: Kyomin Chae, Yonsei University.
De sterilisearre, bleatstelde negatyf ymplanteare konijnen lieten in normaal bonkenhealingsproses sjen sûnder tekens fan ûntstekking of ynfeksje.Oan 'e oare kant, SHP-ymplantaten foarynkubeare yn in baktearjele suspensje fertoane ynfeksje-relatearre ûntstekking op' e omlizzende weefsels.Dit kin wurde taskreaun oan it ûnfermogen om baktearjele adhesion foar in lange tiid te remmen (figuer S2).Om te bewizen dat LOIS it genêzingsproses net beynfloedet, mar mooglike ynfeksjes yn ferbân mei ymplantaasje remt, waarden röntgenôfbyldings fan 'e bleatstelde positive matrix en LOIS op' e fraktuerside fergelike (figuer 1D).It röntgenôfbylding fan it bleate positive ymplantaat liet oanhâldende osteolysislinen sjen, wat oanjout dat de bonke net folslein genêzen wie.Dit suggerearret dat it bonkenherstelproses sterk fertrage kin wurde troch ynfeksje-relatearre ûntstekking.Krektoarsom, it die bliken dat de kninen dy't mei LOIS ymplantearre wiene genêzen en gjin dúdlike fraktuerplak sjen litte.
Om medyske ymplantaten te ûntwikkeljen mei lange-termyn stabiliteit en funksjonaliteit (ynklusyf ferset tsjin biofouling), binne in protte ynspanningen dien.De oanwêzigens fan ferskate biologyske stoffen en de dynamyk fan weefseladhesion beheint lykwols de ûntwikkeling fan har klinysk betroubere metoaden.Om dizze tekoarten te oerwinnen, hawwe wy in mikro / nano-lagen struktuer en chemysk modifisearre oerflak ûntwikkele, dat wurdt optimalisearre troch hege kapillêre krêft en gemyske affiniteit om it glêdste smeermiddel yn 'e grutste mjitte te hâlden.Figuer 2A lit it algemiene produksjeproses fan LOIS sjen.Tariede earst in medyske klasse roestfrij stiel (SS) 304 substraat.Twads, de mikro / nano struktuer wurdt foarme op it SS substraat troch gemyske etsen mei help fan hydrofluoric acid (HF) oplossing.Om de korrosjebestriding fan SS te herstellen, wurdt in salpetersûr (HNO3) oplossing (31) brûkt om it etste substraat te ferwurkjen.Passivaasje fergruttet de corrosie ferset fan de SS substraat en gâns fertraget it corrosie proses dat kin ferminderjen de totale prestaasjes fan LOIS.Dan, troch it foarmjen fan in sels gearstalde monolayer (SAM) mei 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyltriethoxysilane (POTS), wurdt it oerflak gemysk feroare om de gemyske ynteraksje tusken it oerflak en de glêde smeermiddel Affinity te ferbetterjen.De oerflakmodifikaasje fermindert de oerflakenerzjy fan it fabrisearre mikro / nano-skaal strukturearre oerflak signifikant, dy't oerienkomt mei de oerflakenerzjy fan it glêde smeermiddel.Dit makket it mooglik om it smeermiddel folslein bevochtigd te wurden, wêrtroch in stabile smeermiddellaach op it oerflak foarmje.It feroare oerflak fertoant ferbettere hydrofobisiteit.De resultaten litte sjen dat it glêde smeermiddel stabyl gedrach op LOIS toant troch de hege gemyske affiniteit en kapillêre krêft feroarsake troch de mikro / nano-struktuer (32, 33).De optyske feroarings op it oerflak fan SS nei oerflak modifikaasje en smeermiddel ynjeksje waarden studearre.De op it oerflak foarme mikro / nano-lagen struktuer kin fisuele feroaringen feroarsaakje en it oerflak fertsjusterje.Dit ferskynsel wurdt taskreaun oan it fersterke ljocht ferstruit effekt op it rûge oerflak, dy't fergruttet de diffuse refleksje feroarsake troch it ljocht fangen meganisme (34).Derneist, nei't it smeermiddel ynjeksje is, wurdt de LOIS tsjusterder.De smeerlaach feroarsaket dat minder ljocht fan 'e ûndergrûn reflektearre wurdt, wêrtroch't de LOIS tsjusterder wurdt.Om de mikrostruktuer / nanostruktuer te optimalisearjen om de lytste slide hoeke (SA) te toanen om anty-biofouling-prestaasjes te berikken, waarden skandeelektronenmikroskopie (SEM) en atoompearen brûkt om ferskate HF-etstiden út te fieren (0, 3)., 15 en 60 minuten) Force Microscope (AFM) (figuer 2B).SEM- en AFM-ôfbyldings litte sjen dat nei in koarte tiid fan etsen (3 minuten fan etsen), it bleate substraat unjildige nano-skaal rûchheid hat foarme.De oerflakruwheid feroaret mei de etstiid (figuer S3).De tiid-fariearjende kromme lit sjen dat it oerflak rûchheid bliuwt te fergrutsjen en berikt in hichtepunt op 15 minuten fan etsen, en dan mar in lichte delgong yn rûchheid wearde wurdt waarnommen by 30 minuten fan etsen.Op dit punt wurdt de rûchheid op nano-nivo ôfset, wylst de rûchheid op mikro-nivo sterk ûntwikkelet, wêrtroch't de rûchensferoaring stabiler wurdt.Nei it etsen foar mear as 30 minuten wurdt in fierdere ferheging fan rûchheid waarnommen, dy't as folget yn detail ferklearre wurdt: SS is gearstald út stiel, legere mei eleminten ynklusyf izer, chromium, nikkel, molybdenum en in protte oare eleminten.Under dizze eleminten spylje izer, chroom en molybdeen in wichtige rol by it foarmjen fan mikron/nanoskaal rûchheid op 'e SS troch HF-etsen.Yn 'e iere stadia fan korrosysje wurde izer en chromium benammen korrodearre, om't molybdeen hegere korrosjebestriding hat as molybdenum.As it etsen foarútgiet, berikt de etsoplossing lokale oversaturation, it foarmjen fan fluoriden en oksides feroarsake troch etsen.Fluoride en okside precipitate en úteinlik redeposit op it oerflak, foarmje in oerflak rûchheid yn it micron / nano berik (31).Dizze rûchheid op mikro / nano-nivo spilet in wichtige rol yn 'e selshealjende eigenskippen fan LOIS.It oerflak mei dûbele skaal produseart in synergistysk effekt, wêrtroch de kapillêre krêft sterk fergruttet.Dit ferskynsel lit it smeermiddel it oerflak stabyl penetrearje en draacht by oan selshealjende eigenskippen (35).De foarming fan rûchheid hinget ôf fan 'e etstiid.Under 10 minuten fan etsen, it oerflak befettet allinnich nano-skaal rûchheid, dat is net genôch te hâlden genôch smeermiddel te hawwen biofouling ferset (36).Oan 'e oare kant, as de etstiid grutter is as 30 minuten, sil de nano-skaal rûchheid foarme troch de weryndieling fan izer en chromium ferdwine, en allinich de mikroskaal rûchheid bliuwt troch molybdenum.It oer-etste oerflak mist nano-skaal rûchheid en ferliest it synergistyske effekt fan twa-poadium rûchheid, dy't negatyf beynfloedet de selshealjende skaaimerken fan LOIS.SA-mjittingen waarden útfierd op substraten mei ferskate etstiden om anty-fouling-prestaasjes te bewizen.Ferskate soarten floeistoffen waarden selektearre basearre op viskositeit en oerflak enerzjy, ynklusyf deionized (DI) wetter, bloed, ethylene glycol (EG), ethanol (EtOH) en hexadecane (HD) (Figure S4).It tiidferoarjende etspatroan lit sjen dat foar ferskate floeistoffen mei ferskate oerflak-enerzjyen en viskositeiten, de SA fan LOIS nei 15 minuten fan etsen de leechste is.Dêrom is LOIS optimalisearre om 15 minuten te etsen om mikron- en nanoskaal rûch te foarmjen, wat geskikt is foar it effektyf behâld fan de duorsumens fan it smeermiddel en treflike anty-fouling-eigenskippen.
(A) Skematyske diagram fan it fjouwer-stap produksjeproses fan LOIS.De ynset toant de SAM foarme op it substraat.(B) SEM- en AFM-ôfbyldings, brûkt om de mikro / nano-struktuer fan it substraat te optimalisearjen ûnder ferskate etstiden.X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) spektra fan (C) Cr2p en (D) F1s nei oerflak passivation en SAM coating.au, willekeurige ienheid.(E) Representative bylden fan wetterdruppels op bleate, etste, SHP- en LOIS-substraten.(F) De kontakt hoeke (CA) en SA mjitting fan floeistoffen mei ferskillende oerflak spanningen op SHP en LOIS.Gegevens wurde útdrukt as gemiddelde ± SD.
Dan, om te befêstigjen de feroaring yn 'e gemyske eigenskippen fan it oerflak, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) waard brûkt om te bestudearjen de feroaring yn' e gemyske gearstalling fan it substraat oerflak nei eltse oerflak coating.Figuer 2C toant de XPS-mjittingsresultaten fan it HF-etste oerflak en it HNO 3-behannele oerflak.De twa wichtichste peaks op 587,3 en 577,7 eV kinne wurde taskreaun oan de Cr-O-bân besteande yn de chromium okside laach, dat is it wichtichste ferskil fan de HF etste oerflak.Dit is benammen te tankjen oan it konsumpsje fan izer en chromiumfluoride op it oerflak troch HNO3.De HNO3-basearre etsen lit chromium in passivearjende oksidelaach op it oerflak foarmje, wat de etste SS wer resistint makket foar korrosje.Yn figuer 2D waarden XPS-spektra krigen om te befêstigjen dat fluorocarbon-basearre silane waard foarme op it oerflak nei de SAM-coating, dy't ekstreem hege floeibere repellency hat sels foar EG, bloed en EtOH.De SAM-coating wurdt foltôge troch reagearjen fan funksjonele silane-groepen mei hydroxylgroepen foarme troch plasma-behanneling.As gefolch waard in signifikante ferheging fan CF2- en CF3-peaks waarnommen.De binende enerzjy tusken 286 en 296 eV jout oan dat de gemyske modifikaasje mei súkses foltôge is troch de SAM-coating.SHP toant relatyf grutte CF2 (290.1 ​​eV) en CF3 (293.3 eV) peaks, dy't wurde feroarsake troch de fluorocarbon-basearre silaan foarme op it oerflak.Figure 2E toant represintative optyske bylden fan kontakt hoek (CA) mjittingen foar ferskate groepen fan deionized wetter yn kontakt mei bleate, etste, SHP, en LOIS.Dizze bylden litte sjen dat it etste oerflak hydrofilysk wurdt troch de mikro/nano-struktuer dy't ûntstien is troch gemyske etsen, sadat deionisearre wetter yn 'e struktuer opnommen wurdt.Wannear't it substraat lykwols mei SAM bedekt is, fertoant it substraat sterke wetterrepellinsje, sadat in oerflak SHP wurdt foarme en it kontaktgebiet tusken wetter en it oerflak is lyts.Uteinlik waard in fermindering fan CA yn LOIS waarnommen, wat kin wurde taskreaun oan 'e penetraasje fan smeermiddel yn' e mikrostruktuer, wêrtroch it kontaktgebiet fergruttet.Om te bewizen dat it oerflak poerbêste floeibere repellency en non-adhesive eigenskippen hat, waard de LOIS fergelike mei it SHP-substraat troch CA en SA te mjitten mei ferskate floeistoffen (figuer 2F).Ferskate soarten floeistoffen waarden selektearre basearre op viskositeit en oerflak enerzjy, ynklusyf deionized wetter, bloed, EG, EtOH en HD (Figure S4).CA mjitting resultaten litte sjen dat doe't CA tend to HD, de reduksje wearde fan CA, dêr't CA hat de leechste oerflak enerzjy.Derneist is de LOIS fan 'e totale CA leech.De SA-mjitting lit lykwols in folslein oar ferskynsel sjen.Utsein it ionisearre wetter hechtsje alle floeistoffen oan it SHP-substraat sûnder ôf te slipjen.Oan 'e oare kant lit LOIS in heul lege SA sjen, wêrby't as alle floeistof yn in hoeke leger as 10 ° oant 15 ° tilt wurdt, alle floeistof sil rôlje.Dit lit sterk sjen dat de non-adhesiveness fan LOIS better is as dy fan SHP-oerflak.Derneist wurde LOIS-coatings ek tapast op ferskate soarten materialen, ynklusyf titanium (Ti), polyphenylsulfone (PPSU), polyoxymethylene (POM), polyether ether ketone (PEEK) en bioabsorberbere polymeren (PLGA), Se binne implantable ortopedyske materialen (Figure) S5)).De opienfolgjende ôfbyldings fan 'e druppels op it materiaal behannele troch LOIS litte sjen dat de anty-biofouling-eigenskippen fan LOIS itselde binne op alle substraten.Derneist litte de mjitresultaten fan CA en SA sjen dat de net-klevende eigenskippen fan LOIS kinne wurde tapast op oare materialen.
Om de anty-fouling-eigenskippen fan LOIS te befestigjen, waarden ferskate soarten substraten (ynklusyf bleate, etste, SHP en LOIS) ynkubeare mei Pseudomonas aeruginosa en MRSA.Dizze twa baktearjes waarden selektearre as represintative sikehûs baktearjes, dat kin liede ta de formaasje fan biofilms, dy't liedt ta SSI (37).Figure 3 (A en B) toant de fluorescinsje mikroskoop bylden en de koloanje foarmjende ienheid (CFU) mjitting resultaten fan de substraten ynkubearre yn de baktearjele ophinging foar koarte termyn (12 oeren) en lange termyn (72 oeren), respektivelik.Yn in koarte perioade sille baktearjes klusters foarmje en groeie yn grutte, harsels bedekke mei slijmachtige stoffen en foarkomme dat se fuorthelle wurde.Tidens de ynkubaasje fan 72 oeren sille de baktearjes lykwols rypje en wurde maklik te fersprieden om mear koloanjes of klusters te foarmjen.Dêrom kin it beskôge wurde dat 72-oere ynkubaasje op lange termyn is en de passende ynkubaasjetiid is om in sterke biofilm op it oerflak te foarmjen (38).Yn in koarte perioade fan tiid, it etste oerflak en it oerflak fan de SHP eksposearre baktearjele adhesion, dat waard fermindere troch likernôch 25% oant 50% yn ferliking mei de bleate substraat.Troch syn treflike anty-biofouling-prestaasjes en stabiliteit, liet LOIS lykwols gjin baktearjele biofilm adhesion sjen op koarte en lange termyn.It skematyske diagram (figuer 3C) beskriuwt de útlis fan it anty-biologyske foulingmeganisme fan 'e etsoplossing, SHP en LOIS.De oanname is dat it etste substraat mei hydrofiele eigenskippen in grutter oerflak sil hawwe as it bleate substraat.Dêrom sil mear baktearjele adhesion foarkomme op it etste substraat.Yn ferliking mei it bleate substraat hat it etste substraat lykwols signifikant minder biofilm foarme op it oerflak.Dit is om't wettermolekulen stevich bine oan it hydrofiele oerflak en fungearje as in smeermiddel foar wetter, sadat de adhesion fan baktearjes op koarte termyn ynterferearje (39).De laach fan wettermolekulen is lykwols tige tin en oplosber yn baktearjele suspensies.Dêrom ferdwynt de wettermolekulêre laach foar in lange tiid, wat liedt ta wiidweidige baktearjele adhesion en proliferaasje.Foar SHP, fanwege syn koarte-termyn net-wetting eigenskippen, baktearjele adhesion wurdt remme.De fermindere baktearjele adhesion kin wurde taskreaun oan loftpockets dy't yn 'e lagen struktuer en legere oerflak enerzjy binne fongen, wêrtroch kontakt tusken de baktearjende ophinging en it oerflak minimearje.Lykwols, wiidweidige baktearjele adhesion waard waarnommen yn SHP omdat it ferlear syn anty-fouling eigenskippen foar in lange tiid.Dat komt benammen troch it ferdwinen fan luchtpockets troch hydrostatyske druk en it oplossen fan lucht yn wetter.Dit komt benammen troch it ferdwinen fan luchtpockets troch ûntbining en de laachstruktuer dy't in grutter oerflak foar adhesion leveret (27, 40).Oars as dizze twa substraten dy't in wichtich effekt hawwe op stabiliteit op lange termyn, wurdt it smeermiddel dat yn LOIS opnommen is yn 'e mikro- / nanostruktuer ynjeksje en sil sels op' e lange termyn net ferdwine.Smeermiddelen fol mei mikro/nano-struktueren binne tige stabyl en wurde sterk oanlutsen oan it oerflak fanwegen har hege gemyske affiniteit, en foarkomme dêrmei baktearjele adhesion foar in lange tiid.Figure S6 toant in refleksje konfokale mikroskoop byld fan in smeermiddel-infused substraat ûnderdompele yn fosfaat buffered saline (PBS).Trochrinnende bylden litte sjen dat sels nei 120 oeren fan licht skodzjen (120 rpm), de smeermiddellaach op 'e LOIS bliuwt net feroare, wat oanjout op lange termyn stabiliteit ûnder streambetingsten.Dit komt troch de hege gemyske affiniteit tusken de fluor-basearre SAM-coating en it perfluorocarbon-basearre smeermiddel, sadat in stabile smeermiddellaach foarme wurde kin.Dêrom wurdt de anty-fouling-prestaasje behâlden.Dêrnjonken waard it substraat hifke tsjin represintative aaiwiten (albumine en fibrinogeen), dy't yn plasma binne, sellen dy't nau besibbe binne oan ymmúnfunksje (makrofagen en fibroblasten), en dy relatearre oan bonkenfoarming.De ynhâld fan kalzium is tige heech.(figuer 3D, 1 en 2, en figuer S7) (41, 42).Dêrnjonken lieten de fluoreszensmikroskoopôfbyldings fan 'e adhesiontest foar fibrinogen, albumine en kalsium ferskate adhesjonskarakteristiken fan elke substraatgroep sjen (figuer S8).Tidens bonkenfoarming kinne nij foarme bonken en kalziumlagen it ortopedyske ymplant omlizze, wat net allinich it ferwiderjen lestich makket, mar ek ûnferwachte skea oan 'e pasjint kin feroarsaakje tidens it fuortheljenproses.Dêrom binne lege nivo's fan kalsiumôfsettings op bonkenplaten en skroeven foardielich foar ortopedyske sjirurgy dy't ymplantferwidering fereasket.Op grûn fan de kwantifikaasje fan it taheakke gebiet basearre op de fluoreszinsje-yntensiteit en it tal sellen, hawwe wy befêstige dat LOIS poerbêste anty-biofouling-eigenskippen toant foar alle biologyske stoffen yn ferliking mei oare substraten.Neffens de resultaten fan in vitro-eksperiminten kin de anty-biologyske fouling LOIS tapast wurde op ortopedyske ymplantaten, dy't net allinich ynfeksjes kinne remme kinne troch biofilmbaktearjes, mar ek ûntstekkingen feroarsaakje troch it aktive ymmúnsysteem fan it lichem.
(A) Fluorescensmikroskoopôfbyldings fan elke groep (neaken, etste, SHP en LOIS) ynkubeare yn Pseudomonas aeruginosa en MRSA-suspensjes foar 12 en 72 oeren.(B) It oantal oanhingjende CFU fan Pseudomonas aeruginosa en MRSA op it oerflak fan elke groep.(C) Skematyske diagram fan it anty-biologyske foulingmeganisme fan koarte termyn en lange termyn etsen, SHP en LOIS.(D) (1) It oantal fibroblasten adhered oan elk substraat en fluorescence mikroskoop bylden fan de sellen adhered oan de bleate en LOIS.(2) Adhesion test fan immune-relatearre aaiwiten, albumine en kalzium belutsen by it bonken healing proses (* P <0.05, ** P <0.01, *** P <0.001 en **** P <0.0001).ns, net wichtich.
Yn it gefal fan ûnûntkombere konsintrearre spanningen hat meganyske duorsumens altyd de wichtichste útdaging west foar it tapassen fan antyfoulingcoatings.Tradisjoneel anty-riolearring gel metoaden binne basearre op polymers mei lege wetteroplosberheid en fragility.Dêrom binne se gewoanlik gefoelich foar meganyske stress yn biomedyske tapassingen.Dêrom bliuwe meganysk duorsume antifouling-coatings in útdaging foar tapassingen lykas ortopedyske ymplantaten (43, 44).Figure 4A (1) toant de twa haadsoarten fan stress tapast op ortopedyske ymplantaten, ynklusyf krassen (skjarstress) en kompresje mei it optyske byld fan it skansearre ymplant produsearre troch de pincet.Bygelyks, as de skroef wurdt oanskerpe mei in schroevendraaier, of as de sjirurch de bonkenplaat strak hâldt mei pincet en kompresjekrêft jildt, sil de plestik bonkeplaat beskeadige wurde en bekrast op sawol de makro- as mikro / nano-skalen (figuer 4A, 2) .Om te testen oft de produsearre LOIS dizze skea kin wjerstean tidens plastyske sjirurgy, waard nanoindentaasje útfierd om de hurdens fan it bleate substraat en de LOIS te fergelykjen op 'e mikro / nano-skaal om de meganyske eigenskippen fan' e mikro / nano-struktuer te studearjen Impact (Figure) 4B).It skematyske diagram toant it ferskillende deformaasjegedrach fan LOIS troch de oanwêzigens fan mikro / nano-struktueren.In krêft-ferpleatsingskromme waard tekene op basis fan de resultaten fan nanoindentaasje (figuer 4C).It blauwe byld stiet foar it bleate substraat, dat allinich in lichte ferfoarming toant, lykas sjoen troch de maksimale ynspringdjipte fan 0,26-μm.Oan 'e oare kant kin de stadichoan ferheging fan nanoindentaasjekrêft en ferpleatsing waarnommen yn LOIS (reade kromme) tekens sjen litte fan fermindere meganyske eigenskippen, wat resulteart yn in nanoindentation djipte fan 1.61μm.Dit is om't de mikro / nano-struktuer oanwêzich yn 'e LOIS in djippere foarútgongsromte leveret foar de tip fan' e nanoindenter, sadat de ferfoarming grutter is dan dy fan it bleate substraat.Konsta-Gdoutos et al.(45) is fan betinken dat troch de oanwêzigens fan nanostruktueren, nanoindentaasje en mikro / nano rûchheid liede ta unregelmjittige nanoindentaasjekurven.It skaadgebiet komt oerien mei de unregelmjittige deformaasjekromme taskreaun oan 'e nanostruktuer, wylst it net-skaadde gebiet wurdt taskreaun oan' e mikrostruktuer.Dizze deformaasje kin de mikrostruktuer / nanostruktuer fan it smeermiddel beskeadigje en syn anty-fouling-prestaasjes negatyf beynfloedzje.Om de ynfloed fan skea op LOIS te studearjen, waard ûnûntkombere skea oan mikro / nano-struktueren yn it lichem replikearre tidens plastyske sjirurgy.Troch it brûken fan bloed- en proteïneadhesionstests kin de stabiliteit fan 'e anty-biofouling-eigenskippen fan LOIS nei in vitro wurde bepaald (figuer 4D).In searje optyske bylden lit de skea sjen dy't barde by de gatten fan elk substraat.In bloed adhesion test waard útfierd om te demonstrearjen it effekt fan meganyske skea op de anty-biofouling coating (Figure 4E).Lykas SHP binne de anty-fouling-eigenskippen ferlern gien troch skea, en LOIS toant treflike anty-fouling-eigenskippen troch bloed ôf te slaan.Dit is om't, om't de oerflakenerzjy wurdt oandreaun troch de kapillêre aksje dy't it beskeadige gebiet beslacht, de stream yn 'e mikrostruktureare smeermiddel smeermiddel de anty-fouling-eigenskippen herstelt (35).Deselde trend waard waarnommen yn 'e proteïneadhesionstest mei albumine.Yn it beskeadige gebiet wurdt de adhesion fan proteïne op it oerflak fan SHP breed waarnommen, en troch it mjitten fan har gebietsdekking kin it wurde kwantifisearre as de helte fan it adhesionnivo fan it bleate substraat.Oan 'e oare kant behâlde LOIS syn anty-biofouling-eigenskippen sûnder adhesion te feroarjen (figuer 4, F en G).Dêrnjonken wurdt it oerflak fan 'e skroef faak ûnderwurpen oan sterke meganyske stress, lykas boarjen, sadat wy it fermogen fan' e LOIS-coating studearre om yntakt te bliuwen op 'e skroef in vitro.Figure 4H lit optyske bylden fan ferskate screws, ynklusyf bleate, SHP en LOIS.De reade rjochthoek stiet foar it doelgebiet dêr't sterke meganyske stress foarkomt by bonke-ymplantaasje.Fergelykber mei de proteïneadhesionstest fan 'e plaat, wurdt in fluoreszensmikroskoop brûkt om de proteïnadhesion ôf te meitsjen en it dekkingsgebiet te mjitten om de yntegriteit fan' e LOIS-coating te bewizen, sels ûnder sterke meganyske stress (figuer 4, I en J).De LOIS-behannele skroeven fertoane poerbêste anty-fouling-prestaasjes, en hast gjin proteïne hechtet oan it oerflak.Oan 'e oare kant waard protein adhesion waarnommen yn bleate screws en SHP screws, dêr't de gebiet dekking fan SHP screws wie ien tredde fan dy fan bleate screws.Dêrnjonken moat it ortopedyske ymplant dat brûkt wurdt foar fixaasje meganysk sterk wêze om de stress te wjerstean oan 'e fraktuerside, lykas werjûn yn figuer 4K.Dêrom waard in bûgtest útfierd om it effekt fan gemyske modifikaasje op meganyske eigenskippen te bepalen.Derneist wurdt dit dien om de fêste stress fan it ymplantaat te behâlden.Tapasse fertikale meganyske krêft oant it ymplantaat folslein fold is en in stress-strain-kromme wurdt krigen (figuer 4L, 1).Twa eigenskippen ynklusyf Young syn modulus en flexural sterkte waarden fergelike tusken bleate en LOIS substrates as yndikatoaren fan harren meganyske sterkte (Figure 4L, 2 en 3).Young's modulus jout it fermogen fan in materiaal oan om meganyske feroaringen te wjerstean.De Young's modulus fan elk substraat is respektivelik 41,48±1,01 en 40,06±0,96 GPa;it waarnommen ferskil is sawat 3,4%.Dêrnjonken wurdt rapportearre dat de bûgsterkte, dy't de hurdens fan it materiaal bepaalt, is 102,34 ± 1,51 GPa foar it bleate substraat en 96,99 ± 0,86 GPa foar SHP.It bleate substraat is sawat 5,3% heger.De lichte fermindering fan meganyske eigenskippen kin wurde feroarsake troch it notch-effekt.Yn 'e notch-effekt kin de mikro / nano-ruwheid as in set fan notches fungearje, dy't liedt ta lokale stresskonsintraasje en beynfloedet de meganyske eigenskippen fan it ymplant (46).Lykwols, basearre op it feit dat de stivens fan minsklik kortikaal bonke wurdt rapportearre te wêzen tusken 7.4 en 31.6 GPa, en de mjitten LOIS modulus grutter is as dy fan minsklike kortikaal bonke (47), de LOIS is genôch om te stypjen de fraktuer en syn algemiene. meganyske eigenskippen wurde minimaal beynfloede troch oerflakmodifikaasje.
(A) Skematysk diagram fan (1) de meganyske stress tapast op it ortopedysk ymplant by de operaasje, en (2) it optyske byld fan it skansearre ortopedysk ymplant.(B) Skematysk diagram fan mjitting fan nano-meganyske eigenskippen troch nanoindentaasje en LOIS op it bleate oerflak.(C) Nanoindentation krêft-ferpleatsing kromme fan bleate oerflak en LOIS.(D) Nei in vitro eksperiminten, simulearje de optyske bylden fan ferskate soarten ortopedyske platen (it beskeadige gebiet wurdt markearre mei in reade rjochthoek) om de meganyske stress te simulearjen dy't feroarsake is tidens de operaasje.(E) Bloed adhesion test en (F) protein adhesion test fan de skansearre ortopedyske plaat groep.(G) Meet de gebietsdekking fan it proteïne dat oan 'e plaat hecht.(H) Optyske bylden fan ferskate soarten ortopedyske skroeven nei it in vitro eksperimint.(I) Protein adhesion test om de yntegriteit fan ferskate coatings te studearjen.(J) Meet de gebietsdekking fan it proteïne oan 'e skroef.(K) De beweging fan it knyn is bedoeld om in fêste stress te generearjen op 'e brutsen bonke.(L) (1) Bend testresultaten en optyske bylden foar en nei bûgen.It ferskil yn (2) Young's modulus en (3) bûgsterkte tusken bleate ymplant en SHP.Gegevens wurde útdrukt as gemiddelde ± SD (*P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001 en ****P<0.0001).Ofbylding mei hoflikens: Kyomin Chae, Yonsei University.
Yn klinyske situaasjes komt it measte baktearjele kontakt mei biologyske materialen en wûneplakken út ripe, ripe biofilms (48).Dêrom skatte de US Centers for Disease Control and Prevention dat 65% fan alle minsklike ynfeksjes relatearre binne oan biofilms (49).Yn dit gefal is it nedich om in in vivo eksperiminteel ûntwerp te leverjen dat konsekwint biofilmfoarming leveret op it oerflak fan it ymplantaat.Dêrom hawwe wy in konijn femorale fraktuermodel ûntwikkele wêryn ortopedyske ymplantaten foarôf ynkubearre waarden yn in baktearjele ophinging en dan ynplante yn konijnfemuren om de anty-fouling-eigenskippen fan LOIS in vivo te studearjen.Troch de folgjende trije wichtige feiten, baktearjele ynfeksjes wurde feroarsake troch pre-kultuer ynstee fan direkte ynjeksje fan baktearjele suspensies: (i) It ymmúnsysteem fan kninen is fan natuere sterker as dat fan minsken;dêrom, ynjeksje fan baktearjele suspensies en planktonyske baktearjes is mooglik It hat gjin effekt op de foarming fan biofilms.(Ii) Planktonyske baktearjes binne gefoeliger foar antibiotika, en antibiotika wurde meastentiids brûkt nei operaasje;finally, (iii) de planktonyske baktearje suspensie meie wurde verdund troch it bist syn lichem Fluids (50).Troch it ymplantaat foarôf te kulturearjen yn in baktearjele ophinging foar ymplantaasje, kinne wy ​​de skealike effekten fan baktearjele ynfeksje en frjemde lichemsreaksje (FBR) op it bonkenhealingsproses yngeand bestudearje.De kninen waarden 4 wiken nei ymplantaasje opoffere, om't de osseointegration essensjeel foar it bonkenhealingsproses binnen 4 wiken foltôge sil.Dêrnei waarden de ymplantaten fan 'e kninen fuortsmiten foar streamôfwertsûndersiken.Figuer 5A lit it proliferaasjemeganisme fan baktearjes sjen.It ynfekteare ortopedysk ymplant wurdt yn it lichem ynfierd.As gefolch fan pre-incubation yn baktearjele suspensie, seis fan 'e seis kanizen implanted mei neakene ymplantaten waarden ynfektearre, wylst gjin fan' e kanizen implanted mei LOIS-behannele implants waarden ynfektearre.Baktearjele ynfeksjes geane yn trije stappen, ynklusyf groei, maturaasje en dispersion (51).Earst reprodusearje en groeie de taheakke baktearjes op it oerflak, en dan foarmje de baktearjes in biofilm as se ekstrazellulêre polymer (EPS), amyloïde en ekstrazellulêre DNA útskiede.Biofilm ynterferearret net allinich mei de penetraasje fan antibiotika, mar befoarderet ek de accumulation fan antibiotika-degradearjende enzymen (lykas β-lactamase) (52).Uteinlik ferspriedt de biofilm de folwoeksen baktearjes yn 'e omlizzende weefsels.Dêrom komt ynfeksje foar.Derneist, as in frjemd lichem yn it lichem komt, kin in ynfeksje dy't in sterke ymmúnreaksje feroarsaakje kin slimme ûntstekking, pine en fermindere immuniteit feroarsaakje.Figuer 5B jout in oersjoch fan 'e FBR feroarsake troch it ynfoegje fan in ortopedysk ymplant, ynstee fan de ymmúnreaksje feroarsake troch in baktearjele ynfeksje.It ymmúnsysteem erkent it ynfoege ymplant as in frjemd lichem, en feroarsaket dan de sellen en weefsels om te reagearjen om it frjemde lichem te ynkapseljen (53).Yn 'e iere dagen fan FBR waard in oanbodmatrix foarme op it oerflak fan ortopedyske ymplantaten, wat resultearre yn' e adsorpsje fan fibrinogen.It adsorbearre fibrinogeen foarmet dan in tige dichte fibrine-netwurk, dat de oanhing fan leukozyten befoarderet (54).Sadree't it fibrine netwurk wurdt foarme, acute ûntstekking sil foarkomme fanwege de ynfiltraasje fan neutrophils.Yn dizze stap, in ferskaat oan cytokines lykas tumor nekrose faktor-α (TNF-α), interleukin-4 (IL-4) en IL-β wurde frijlitten, en monozyten begjinne te infiltrate de implantation site en differinsjearje yn gigantyske sellen.Fage (41, 55, 56).It ferminderjen fan FBR hat altyd in útdaging west, om't oermjittich FBR acute en chronike ûntstekking kin feroarsaakje, wat kin liede ta fatale komplikaasjes.Om de ynfloed fan baktearjele ynfeksjes te beoardieljen yn 'e weefsels om it bleate ymplantaat en LOIS hinne, waarden hematoxylin en eosin (H&E) en Masson trichrome (MT) kleuring brûkt.Foar konijnen ymplantearre mei bleate substraten, slimme baktearjele ynfeksjes foarútgong, en H & E weefsel dia 's dúdlik sjen litte absesjes en nekrose feroarsake troch ûntstekking.Oan 'e oare kant, it ekstreem sterke anty-biofouling oerflak LOIS inhibits baktearjele adhesion, dus it toant gjin tekens fan ynfeksje en ferminderet ûntstekking (figuer 5C).De resultaten fan MT-kleuring lieten deselde trend sjen.MT-kleuring liet lykwols ek oedeem sjen yn konijnen dy't mei LOIS ymplantearre binne, wat oanjout dat herstel op it punt is te foarkommen (figuer 5D).Om de mjitte fan ymmúnrespons te studearjen, waard immunohistochemyske (IHC) kleuring útfierd mei cytokines TNF-α en IL-6 relatearre oan ymmúnantwurd.In neaken negatyf implant dat wie net bleatsteld oan baktearjes waard fergelike mei in LOIS dat waard bleatsteld oan baktearjes, mar net ynfektearre te bestudearjen it genêzing proses yn it ûntbrekken fan baktearjele ynfeksje.Figuer 5E lit in optyske ôfbylding sjen fan in IHC-slide dy't TNF-α útdrukt.It brune gebiet stiet foar de ymmúnreaksje, wat oanjout dat de ymmúnantwurd yn LOIS wat fermindere is.Derneist wie de ekspresje fan IL-6 yn LOIS signifikant minder dan de negative útdrukking fan sterile neaken (figuer 5F).De ekspresje fan cytokine waard kwantifisearre troch it mjitten fan it gebiet fan antykodymkleuring dy't oerienkomt mei it cytokine (figuer 5G).Yn ferliking mei de kanizen bleatsteld oan de negative ymplantaten, wiene de ekspresjenivo's fan 'e kanizen dy't mei LOIS ymplantearre wiene leger, wat in betsjuttingsfolle ferskil toant.De fermindering fan cytokine-ekspresje jout oan dat de lange termyn, stabile anty-fouling-eigenskippen fan LOIS net allinich relatearre binne oan de remming fan baktearjele ynfeksjes, mar ek mei de ôfname fan FBR, dy't feroarsake wurdt troch makrofagen dy't oan it substraat hechtsje (53, 57, 58).Dêrom kin de fermindere ymmúnreaksje troch de ymmúnûntdûkende eigenskippen fan LOIS de side-effekten nei ymplantaasje oplosse, lykas oermjittige ymmúnreaksje nei plastyske sjirurgy.
(A) In skematysk diagram fan it meganisme fan biofilmfoarming en fersprieding op it oerflak fan in ynfekteare ortopedysk ymplant.eDNA, ekstrazellulêr DNA.(B) Skematysk diagram fan ymmúnantwurd nei ortopedyske ymplant ynfoegje.(C) H&E-kleuring en (D) MT-kleuring fan 'e omlizzende weefsels fan ortopedyske ymplantaten mei bleate positive en LOIS.IHC fan immune-relatearre cytokines (E) TNF-α en (F) IL-6 binne kleurde bylden fan neaken-negative en LOIS-ymplantearre kanizen.(G) Kwantifikaasje fan cytokine-ekspresje troch mjitting fan gebietsdekking (** P <0.01).
De biokompatibiliteit fan LOIS en har effekt op it bonkenhealingsproses waarden yn vivo ûndersocht mei diagnostyske ôfbylding [röntgen- en mikro-komputertomografy (CT)] en osteoklast IHC.Ofbylding 6A lit it bonkenhealingsproses sjen mei trije ferskillende stadia: ûntstekking, reparaasje en ferbouwing.As in fraktuer foarkomt, sille inflammatoare sellen en fibroblasten yn 'e brutsen bonte penetrearje en begjinne te groeien yn it vaskulêre weefsel.Tidens de reparaasjefaze ferspriedt de yngroei fan vaskulêre weefsel tichtby de fraktuerside.Vascular weefsel jout fiedingsstoffen foar de formaasje fan nije bonken, dat hjit callus.De lêste poadium fan it bonkenhealingsproses is it remodeling-poadium, wêryn de grutte fan 'e callus wurdt fermindere ta de grutte fan normale bonken mei help fan in ferheging fan it nivo fan aktivearre osteoklasten (59).Trijedimensjonale (3D) rekonstruksje fan 'e fraktuerside waard útfierd mei mikro-CT-scans om de ferskillen yn it nivo fan callusfoarming yn elke groep te observearjen.Observearje de dwerstrochsneed fan 'e femur om de dikte fan' e callus om 'e brutsen bonte te observearjen (figuer 6, B en C).X-rays waarden ek brûkt om elke wike de fraktuerplakken fan alle groepen te ûndersiikjen om de ferskate bonkenregeneraasjeprosessen yn elke groep te observearjen (figuer S9).Callus en folwoeksen bonken wurde werjûn yn blau / grien en ivoar, respektivelik.De measte sêfte weefsels wurde filtere út mei in foarôf ynstelde drompel.Neaken posityf en SHP befêstige de formaasje fan in lyts bedrach fan callus om 'e fraktuerside.Oan 'e oare kant wurde de bleatstelde negatyf fan LOIS en de fraktuerside omjûn troch dikke callus.Mikro-CT-ôfbyldings lieten sjen dat de formaasje fan callus hindere waard troch baktearjele ynfeksje en ynfeksje-relatearre ûntstekking.Dit is om't it ymmúnsysteem de genêzing fan septyske blessueres prioriteart dy't feroarsake wurdt troch ynfeksje-relatearre ûntstekking, ynstee fan bonkenherstel (60).IHC en Tartrate-resistant Acid Phosphatase (TRAP) kleuring waarden útfierd om osteoklastaktiviteit en bonkeresorpsje te observearjen (figuer 6D) (61).Allinich in pear aktivearre osteoklasten kleurde pears waarden fûn yn neakene positiven en SHP.Oan 'e oare kant waarden in protte aktivearre osteoklasten waarnommen tichtby de neakene positive en folwoeksen bonken fan LOIS.Dit ferskynsel jout oan dat yn 'e oanwêzigens fan osteoklasten de callus om' e fraktuerplak in gewelddiedich ferbouwingsproses ûndergiet (62).It bonkenvolumint en osteoklast-ekspresjegebiet fan 'e callus waarden mjitten om it nivo fan callusfoarming om' e fraktuerside yn alle groepen te fergelykjen, om de mikro-CT-scan en IHC-resultaten te kwantifisearjen (figuer 6E, 1 en 2).As ferwachte wiene de neakene negativen en callusfoarming yn LOIS signifikant heger as yn 'e oare groepen, wat oanjout dat positive bonke remodeling barde (63).Ofbylding S10 toant it optyske byld fan 'e sjirurgyske side, it resultaat fan MT-kleuring fan it weefsel sammele by de skroef, en it resultaat fan TRAP-kleuring dy't de skroef-bone-ynterface markearret.Yn it bleate substraat waard sterke callus en fibrosisfoarming waarnommen, wylst it LOIS-behannele ymplantaat in relatyf unadhered oerflak toande.Lykas, yn ferliking mei neakene negativen, waard legere fibrosis waarnommen yn kanizen dy't mei LOIS ymplantearre waarden, lykas oanjûn troch de wite pylken.Dêrnjonken kin it fêste oedeem (blauwe pylk) wurde taskreaun oan 'e ymmúnûntdûkende eigenskippen fan LOIS, wêrtroch't slimme ûntstekkingen ferminderje.It non-stick oerflak om it ymplantaat en fermindere fibrosis suggerearje dat it ferwideringsproses makliker is, wat normaal resulteart yn oare fraktueren of ûntstekking.It bonkenhealingsproses nei it fuortheljen fan skroef waard evaluearre troch de osteoklastaktiviteit by de skroef-bone-ynterface.Sawol de bleate bonke as de LOIS-ymplantynterface absorbearre ferlykbere nivo's fan osteoklasten foar fierdere bonkenhealing, wat oanjout dat de LOIS-coating gjin negatyf effekt hat op bonkenhealing of ymmúnreaksje.Om te befestigjen dat de oerflakmodifikaasje útfierd op 'e LOIS net ynterfereart mei it bonkenhealingsproses, waard röntgenûndersyk brûkt om de bonkenhealing fan' e kanizen te fergelykjen mei bleatstelde negative ioanen en 6 wiken fan LOIS-ymplantaasje (figuer 6F).De resultaten lieten sjen dat yn ferliking mei de net-ynfekteare neaken-positive groep, LOIS deselde graad fan bonkenhealing toande, en d'r wiene gjin dúdlike tekens fan fraktuer (trochgeande osteolysisline) yn beide groepen.
(A) Skematysk diagram fan bonkenhealingsproses nei fraktuer.(B) It ferskil yn 'e mjitte fan callusfoarming fan elke oerflakgroep en (C) it trochsneedôfbylding fan' e fraktuerside.(D) TRAP-kleuring om osteoklastaktiviteit en bonkeresorpsje te visualisearjen.Op grûn fan TRAP-aktiviteit waard de formaasje fan eksterne callus fan kortikaal bonke kwantitatyf analysearre troch (E) (1) mikro-CT en (2) osteoklastaktiviteit.(F) 6 wiken nei ymplantaasje, röntgenôfbyldings fan 'e brutsen bonke fan' e bleatstelde negatyf (markearre troch de reade stippele rjochthoek) en LOIS (markearre troch de blauwe stippele rjochthoek).Statistyske analyze waard útfierd troch ien-wize analyze fan fariânsje (ANOVA).*P <0,05.**P <0,01.
Koartsein, LOIS leveret in nij soarte fan antibakteriële ynfeksjestrategy en ymmúnûntkommenscoating foar ortopedyske ymplantaten.Konvinsjonele ortopedyske ymplantaten mei SHP-funksjonalisaasje eksposearje koarte-termyn anty-biofouling-eigenskippen, mar kinne har eigenskippen net lang behâlde.De superhydrofobisiteit fan it substraat fanget luchtbellen tusken de baktearjes en it substraat, en foarmje dêrmei luchtpockets, wêrtroch baktearjende ynfeksje foarkomt.Troch de diffúsje fan lucht wurde dizze loftpockets lykwols maklik fuortsmiten.Oan 'e oare kant hat LOIS syn fermogen goed bewiisd om biofilm-relatearre ynfeksjes te foarkommen.Dêrom, fanwegen de anty-ôfwizing eigenskippen fan de smeermiddel laach ynjeksje yn de layered mikro / nano struktuer oerflak, ynfeksje-relatearre ûntstekking kin wurde foarkommen.Ferskate karakterisaasjemetoaden, ynklusyf SEM, AFM, XPS en CA-mjittingen wurde brûkt om LOIS-produksjebetingsten te optimalisearjen.Derneist kin LOIS ek tapast wurde op ferskate biologyske materialen dy't gewoanlik brûkt wurde yn ortopedyske fixaasjeapparatuer, lykas PLGA, Ti, PE, POM en PPSU.Dêrnei waard LOIS in vitro hifke om syn anty-biofouling-eigenskippen te bewizen tsjin baktearjes en biologyske stoffen relatearre oan ymmúnreaksje.De resultaten litte sjen dat it poerbêste antibakteriële en anty-biofouling-effekten hat yn ferliking mei it bleate ymplantaat.Derneist toant LOIS meganyske sterkte sels nei it oanbringen fan meganyske stress, wat net te ûntkommen is yn plastyske sjirurgy.Troch de selshealjende eigenskippen fan it smeermiddel op it oerflak fan 'e mikro / nano-struktuer hat LOIS har anty-biologyske fouling-eigenskippen mei súkses behâlden.Om de biokompatibiliteit en antibakteriële eigenskippen fan LOIS in vivo te studearjen, waard LOIS foar 4 wiken ymplantearre yn konijn femur.Gjin baktearjele ynfeksje waard waarnommen yn konijnen ymplantearre mei LOIS.Dêrnjonken hat it gebrûk fan IHC in fermindere nivo fan lokale ymmúnreaksje oantoand, wat oanjout dat LOIS it bonkenhealproses net ynhibeart.LOIS toant treflike antibakteriële en ymmúnûntdûkjende eigenskippen, en is bewiisd dat it biofilmfoarming effektyf foarkomt foar en tidens ortopedyske sjirurgy, foaral foar bonkensynteze.Troch it brûken fan in inflammatoare femorale fraktuermodel fan knynbonkenmurg, waard it effekt fan biofilm-relatearre ynfeksjes op it bonkenhealingsproses feroarsake troch pre-inkubeare ymplantaten djip studearre.As takomstige stúdzje is in nij in vivo-model nedich om mooglike ynfeksjes nei ymplantaasje te studearjen om biofilm-relatearre ynfeksjes folslein te begripen en te foarkommen tidens it heule genêzingsproses.Dêrnjonken is osteoinduksje noch in net oploste útdaging yn yntegraasje mei LOIS.Fierder ûndersyk is nedich om selektive adhesion fan osteoinduktive sellen as regenerative medisinen te kombinearjen mei LOIS om de útdaging te oerwinnen.Oer it algemien fertsjintwurdiget LOIS in kânsrike ortopedyske ymplantaatcoating mei meganyske robústiteit en poerbêste anty-biofouling-eigenskippen, dy't SSI en ymmúnside-effekten kinne ferminderje.
Waskje de 15mm x 15mm x 1mm 304 SS substraat (Dong Kang M-Tech Co., Korea) yn aceton, EtOH en DI wetter foar 15 minuten om kontaminanten te ferwiderjen.Om in mikro / nano-nivo struktuer op it oerflak te foarmjen, wurdt it skjinmakke substraat ûnderdompele yn in 48% oant 51% HF-oplossing (DUKSAN Corp., Súd-Korea) by 50 ° C.De etstiid fariearret fan 0 oant 60 minuten.Dêrnei waard it etste substraat skjinmakke mei deionisearre wetter en pleatst yn in 65% HNO3 (Korea DUKSAN Corp.) oplossing by 50 ° C foar 30 minuten om in chromiumoxide-passivaasjelaach op it oerflak te foarmjen.Nei passivaasje wurdt it substraat wosken mei deionisearre wetter en droege om in substraat te krijen mei in lagen struktuer.Dêrnei waard it substraat bleatsteld oan soerstofplasma (100 W, 3 minuten), en fuortendaliks ûnderdompele yn in oplossing fan 8.88 mM POTS (Sigma-Aldrich, Dútslân) yn toluene by keamertemperatuer foar 12 oeren.Dêrnei waard it substraat bedekt mei POTS skjinmakke mei EtOH, en annealed by 150 ° C foar 2 oeren om in dichte POTS SAM te krijen.Nei SAM coating waard in smeermiddel laach foarme op it substraat troch it oanbringen fan in perfluoropolyether lubricant (Krytox 101; DuPont, USA) mei in laden folume fan 20 μm / cm 2. Foardat gebrûk, filterje de lubricant troch in 0,2 micron filter.Fuortsmite oerstallige smeermiddel troch kanteljen op in hoeke fan 45 ° foar 15 minuten.Deselde fabrikaazjeproseduere waard brûkt foar ortopedyske ymplantaten makke fan 304 SS (beskoattelplaat en kortikaal skuorre; Dong Kang M-Tech Co., Korea).Alle ortopedyske ymplantaten binne ûntworpen om te passen oan 'e mjitkunde fan' e konijn femur.
De oerflakmorfology fan it substraat en ortopedyske ymplantaten waard ynspektearre troch fjildemisje SEM (Inspect F50, FEI, USA) en AFM (XE-100, Park Systems, Súd-Korea).De oerflakruwheid (Ra, Rq) wurdt mjitten troch it gebiet fan 20 μm te fermannichfâldigjen mei 20 μm (n=4).In XPS (PHI 5000 VersaProbe, ULVAC PHI, Japan) systeem útrist mei in Al Kα X-ray boarne mei in plak grutte fan 100μm2 waard brûkt om te analysearjen de oerflak gemyske gearstalling.In CA-mjitsysteem útrist mei in dynamyske ôfbyldingsfangkamera (SmartDrop, FEMTOBIOMED, ​​​​Súd-Korea) waard brûkt om floeibere CA en SA te mjitten.Foar elke mjitting wurde 6 oant 10 μl druppels (deionisearre wetter, hynderbloed, EG, 30% ethanol, en HD) op it oerflak pleatst om CA te mjitten.As de oanstriidhoeke fan it substraat ferheget mei in snelheid fan 2 ° / s (n = 4), wurdt de SA mjitten as de drip falt.
Pseudomonas aeruginosa [American Type Culture Collection (ATCC) 27853] en MRSA (ATCC 25923) waarden kocht fan ATCC (Manassas, Virginia, USA), en de stockkultuer waard bewarre by -80 ° C.Foardat gebrûk waard de beferzen kultuer yn 18 oeren yn trypsin-ûntdoarde sojaboubou (Komed, Korea) by 37 ° C ynkubeare en dan twa kear oerbrocht om it te aktivearjen.Nei ynkubaasje waard de kultuer 10 minuten op 4 ° C sintrifuge by 10.000 rpm en twa kear wosken mei in PBS (pH 7.3) oplossing.De sintrifugearre kultuer wurdt dan subkultuearre op bloedagarplaten (BAP).MRSA en Pseudomonas aeruginosa waarden oernachtich taret en yn kultuer brocht yn Luria-Bertani bouillon.De konsintraasje fan Pseudomonas aeruginosa en MRSA yn 'e inoculum waard kwantitatyf bepaald troch de CFU fan' e suspensie yn seriële dilutions op agar.Pas dan de baktearjende konsintraasje oan op 0,5 McFarland-standert, wat lykweardich is oan 108 CFU / ml.Ferwiderje dan de wurkjende baktearjele ophinging 100 kear nei 106 CFU / ml.Om de antibakteriële adhesion-eigenskippen te testen, waard it substraat foar 15 minuten foar gebrûk sterilisearre by 121 ° C.It substraat waard dêrnei oerbrocht nei 25 ml baktearjele suspensie en ynkubeare by 37 ° C mei krêftich skodzjen (200 rpm) foar 12 en 72 oeren.Nei ynkubaasje waard elk substraat út 'e ynkubator fuortsmiten en 3 kear wosken mei PBS om alle driuwende baktearjes op it oerflak te ferwiderjen.Om de biofilm op it substraat te observearjen, waard de biofilm fêstmakke mei methanol en 2 minuten mei 1 ml crimidine-oranje kleurd.Dêrnei waard in fluoreszensmikroskoop (BX51TR, Olympus, Japan) brûkt om foto's te meitsjen fan 'e kleurde biofilm.Om de biofilm op it substraat te kwantifisearjen, waarden de taheakke sellen fan it substraat skieden troch de bead-vortex-metoade, dy't beskôge waard as de meast geskikte metoade om taheakke baktearjes te ferwiderjen (n = 4).Mei help fan sterile pincet, ferwiderje it substraat út it groeimedium en tik op 'e putplaat om oerstallige flüssigens te ferwiderjen.Los taheakke sellen waarden fuortsmiten troch twa kear te waskjen mei sterile PBS.Elk substraat waard dêrnei oerbrocht nei in sterile testbuis mei 9 ml fan 0,1% protein ept saline (PSW) en 2 g fan 20 oant 25 sterile glêzen kralen (0,4 oant 0,5 mm yn diameter).It waard doe vortexed foar 3 minuten om de sellen los te meitsjen fan it probleem.Nei vortexing waard de suspensje 10-fâldich fertinne mei 0,1% PSW, en dan waard 0,1 ml fan elke ferwidering ynokulearre op BAP.Nei 24 oeren ynkubaasje by 37 ° C, waard de CFU mei de hân teld.
Foar de sellen waarden mûsfibroblasten NIH/3T3 (CRL-1658; Amerikaanske ATCC) en mûsmakrophagen RAW 264.7 (TIB-71; Amerikaanske ATCC) brûkt.Brûk Dulbecco's modifisearre Eagle-medium (DMEM; LM001-05, Welgene, Korea) om mûsfibroblasten te kultivearjen en oan te foljen mei 10% kealserum (S103-01, Welgene) en 1% penicilline-streptomycin (PS; LS202-02, Welgene (Welgene) Brûk DMEM om mûsmakrofagen te kultivearjen, oanfolle mei 10% fetale bovine serum (S001-01, Welgene) en 1% PS Plak it substraat yn in selkultuerplaat mei seis goed, En ynokulearje de sellen op 105 sellen / cm2. De sellen waarden oernachtich by 37 ° C en 5% CO2 ynkubeare by 37 ° C foar 30 minuten , fluorescein, fluorescein isothiocyanate-albumin (A9771, Sigma-Aldrich, Dútslân) en minsklik plasma.De konsintraasjes fan albumine en fibrinogeen wiene respektivelik 1 en 150 μg/ml.Nei it substraat Foardat jo yn 'e proteïne-oplossing ûnderdompelje, spielje se mei PBS om it oerflak te rehydratisearjen.Dûbelje dan alle substraten yn in seis-well plaat mei de proteïne-oplossing en ynkubearje op 37 ° C foar 30 en 90 minuten.Nei incubation, It substraat waard doe fuorthelle út de protein oplossing, wosken sêft mei PBS 3 kear, en fêstmakke mei 4% paraformaldehyde (n = 4 foar elk aaiwyt).Foar kalsium, natriumchloride (0,21 M) en kaliumfosfaat (3,77 mM) ) waard oplost yn deionisearre wetter.De pH fan 'e oplossing waard oanpast oan 2.0 troch tafoegjen fan hydrochloride-oplossing (1M).Dêrnei waard calciumchloride (5.62 mM) yn 'e oplossing oplost.Troch it tafoegjen fan 1M tris(hydroxymethyl)-amino Metaan past de pH fan 'e oplossing oan 7,4.Dompelje alle substraten yn in seis-well plaat fol mei 1,5 × calcium phosphate oplossing en fuortsmite fan 'e oplossing nei 30 minuten.Foar kleurjen, 2 g Alizarin Red S (CI 58005) Mix mei 100 ml deionisearre wetter.Brûk dan 10% ammoniumhydroxide om de pH oan te passen oan 4. Dye it substraat mei Alizarin Red-oplossing foar 5 minuten, en skodzje dan de oerstallige kleurstof en blêd ôf.Nei it skodzjen, ferwiderje it substraat.It materiaal wurdt dehydratisearre, dan ûnderdompele yn aceton foar 5 minuten, dan ûnderdompele yn in aceton-xylene (1: 1) oplossing foar 5 minuten, en úteinlik wosken mei xylene (n = 4).Fluorescence mikroskoop (Axio Imager) mei ×10 en ×20 objektive linzen wurdt brûkt..A2m, Zeiss, Dútslân) ôfbyldings fan alle substraten.ImageJ/FIJI (https://imagej.nih.gov/ij/) waard brûkt om de adhesiongegevens fan biologyske stoffen op elke groep fan fjouwer ferskillende ôfbyldingsgebieten te kwantifisearjen.Konvertearje alle ôfbyldings nei binêre ôfbyldings mei fêste drompels foar substraatfergeliking.
In Zeiss LSM 700 konfokale mikroskoop waard brûkt om de stabiliteit fan 'e smeermiddellaach yn' e PBS yn refleksjemodus te kontrolearjen.De fluor-basearre SAM-coated glêzen sample mei in ynjeksje lubricating laach waard ûnderdompele yn in PBS oplossing, en hifke mei help fan in orbital shaker (SHO-1D; Daihan Scientific, Súd-Korea) ûnder mylde shaking omstannichheden (120 rpm).Nim dan it stekproef en kontrolearje it ferlies fan smeermiddel troch it ferlies fan reflektearre ljocht te mjitten.Om fluoreszensôfbyldings te krijen yn refleksjemodus, wurdt it stekproef bleatsteld oan in 633 nm-laser en dan sammele, om't it ljocht werom sil wurde reflektearre fan 'e stekproef.De samples waarden mjitten yn tiidintervallen fan 0, 30, 60 en 120 oeren.
Om de ynfloed fan it oerflakmodifikaasjeproses op 'e nanomechanyske eigenskippen fan ortopedyske ymplantaten te bepalen, waard in nanoindenter (TI 950 TriboIndenter, Hysitron, USA) útrist mei in trije-sided piramidefoarmige Berkovich diamant tip brûkt om nanoindenedione te mjitten.De pyklast is 10 mN en it gebiet is 100μmx 100μm.Foar alle mjittingen is de laden en lossen tiid 10 s, en de holding tiid ûnder peak ynspringen load is 2 s.Nim mjittingen fan fiif ferskillende lokaasjes en nim it gemiddelde.Om de meganyske sterkteprestaasjes ûnder lading te evaluearjen, waard in dwerse trijepuntsbûgetest útfierd mei in universele testmasine (Instron 5966, Instron, USA).It substraat wurdt komprimearre mei in konstante taryf fan 10 N / s mei in ferhege lading.De Bluehill Universal software programma (n = 3) waard brûkt om te berekkenjen de flexural modulus en maksimale compressive stress.
Om it operaasjeproses te simulearjen en de relatearre meganyske skea feroarsake tidens de operaasje, waard it operaasjeproses in vitro útfierd.De femurs waarden sammele fan de terjochte Nij-Seelânske wite konijnen.It femur waard skjinmakke en fêstmakke yn 4% paraformaldehyde foar 1 wike.Lykas beskreaun yn 'e metoade foar diereksperiminten, waard it fêste femur sjirurgysk operearre.Nei de operaasje waard it ortopedyske ymplant yn bloed (hynderbloed, KISAN, Korea) foar 10 sekonden ûnderdompele om te befestigjen oft bloedadhesjes foarkamen nei't de meganyske ferwûning oanbrocht waard (n = 3).
In totaal fan 24 manlike Nij-Seelânske wite kanizen (gewicht 3,0 oant 3,5 kg, gemiddelde leeftyd 6 moannen) waarden willekeurich ferdield yn fjouwer groepen: neaken negatyf, neaken posityf, SHP en LOIS.Alle prosedueres mei bisten waarden útfierd yn oerienstimming mei de etyske noarmen fan 'e Ynstitúsjonele Komitee foar Dierensoarch en Gebrûk (IACUC goedkard, KOREA-2017-0159).It ortopedysk ymplantaat bestiet út in sluteplaat mei fiif gatten (lingte 41 mm, breedte 7 mm en dikte 2 mm) en kortikale sluteskroeven (lingte 12 mm, diameter 2,7 mm) foar fraktuerfixaasje.Utsein foar dy platen en skroeven brûkt yn 'e bleate-negative groep, waarden alle platen en skuorren ynkubeare yn MRSA-suspensje (106 CFU / ml) foar 12 oeren.De neaken-negative groep (n = 6) waard behannele mei bleate oerflak-ymplantaten sûnder bleatstelling oan baktearjele ophinging, as in negative kontrôle foar ynfeksje.De bleate positive groep (n = 6) waard behannele mei in bleate oerflak ymplant bleatsteld oan baktearjes as in positive kontrôle foar ynfeksje.De SHP-groep (n = 6) waard behannele mei baktearjele bleatstelde SHP-ymplantaten.Uteinlik waard de LOIS-groep behannele mei baktearjele bleatstelde LOIS-ymplantaten (n = 6).Alle bisten wurde hâlden yn in koai, en in soad iten en wetter wurdt foarsjoen.Foar de operaasje waarden de kninen 12 oeren fêst.De bisten waarden anesthetized troch intramuscular ynjeksje fan xylazine (5mg / kg) en intravenous ynjeksje fan paclitaxel (3mg / kg) foar ynduksje.Dêrnei leverje 2% isoflurane en 50% oant 70% medyske soerstof (flowrate 2 L / min) troch it respiratoarium om anaesthesia te behâlden.It wurdt ymplantearre troch in direkte oanpak fan 'e laterale femur.Nei ontharing en povidone-jodium desinfeksje fan 'e hûd waard in ynsnijing fan sa'n 6 sm lang makke oan 'e bûtenkant fan 'e linker middenfemur.Troch it gat te iepenjen tusken de spieren dy't it femur bedekke, wurdt it femur folslein bleatsteld.Plak de plaat foar de femorale skacht en befestigje it mei fjouwer skuorren.Nei fixaasje brûke in seageblêd (1 mm dik) om keunstmjittich in brek te meitsjen yn it gebiet tusken it twadde gat en it fjirde gat.Oan 'e ein fan' e operaasje waard de wûne wosken mei saline en sluten mei hechtingen.Elk knyn waard subkutan ynjeksje mei enrofloxacin (5 mg / kg) verdund ien tredde yn saline.Postoperative X-rays fan 'e femur waarden nommen yn alle bisten (0, 7, 14, 21, 28 en 42 dagen) om de osteotomie fan' e bonte te befestigjen.Nei djippe anaesthesia waarden alle bisten fermoarde troch intravenous KCl (2 mmol / kg) op 28 en 42 dagen.Nei de útfiering waard it femur troch mikro-CT skansearre om it bonkenhealingsproses en nije bonkenfoarming tusken de fjouwer groepen te observearjen en te fergelykjen.
Nei de útfiering waarden de sêfte weefsels dy't yn direkt kontakt wiene mei de ortopedyske ymplantaten sammele.It weefsel waard oernachtich fêstmakke yn 10% neutraal buffered formaline en dan dehydratisearre yn EtOH.It dehydratisearre weefsel waard ynbêde yn paraffine en yndield yn in dikte fan 40 μm mei in mikrotome (400CS; EXAKT, Dútslân).Om de ynfeksje te visualisearjen waarden H&E-kleuring en MT-kleuring útfierd.Om de gasthear-antwurd te kontrolearjen, waard it yndielde weefsel ynkubeare mei konyn anty-TNF-α primêr antykodym (AB6671, Abcam, FS) en rabbit anty-IL-6 (AB6672; Abcam, FS), en dêrnei behannele mei mierikswortel.Oxidase.Tapasse it avidin-biotin-kompleks (ABC) kleursysteem oan 'e seksjes neffens de ynstruksjes fan de fabrikant.Om as in brún reaksjeprodukt te ferskinen, waard 3,3-diaminobenzidine yn alle dielen brûkt.In digitale dia-scanner (Pannoramic 250 Flash III, 3DHISTECH, Hongarije) waard brûkt om alle plakjes te visualisearjen, en op syn minst fjouwer substraten yn elke groep waarden analysearre troch ImageJ-software.
Röntgenôfbyldings waarden nommen yn alle bisten nei operaasje en elke wike om fraktuergenêzen te kontrolearjen (n=6 per groep).Nei de útfiering waard mikro-CT mei hege resolúsje brûkt om de formaasje fan callus om it femur nei genêzing te berekkenjen.De krigen femur waard skjinmakke, fêstmakke yn 4% paraformaldehyde foar 3 dagen, en dehydratisearre yn 75% ethanol.De dehydratisearre bonken waarden dêrnei skansearre troch mikro-CT (SkyScan 1173, Brooke Micro-CT, Kandy, Belgje) te brûken om 3D-voxelôfbyldings (2240 ​​× 2240 piksels) fan 'e bonkemonster te generearjen.Brûk 1.0 mm Al-filter om sinjaallûd te ferminderjen en hege resolúsje oan te passen op alle scans (E = 133 kVp, I = 60 μA, yntegraasjetiid = 500 ms).Nrecon-software (ferzje 1.6.9.8, Bruker microCT, Kontich, Belgje) waard brûkt om in 3D-folume fan 'e skansearre stekproef te generearjen fan' e oernommen 2D-laterale projeksje.Foar analyse wurdt it 3D-rekonstruearre byld ferdield yn 10mm × 10mm × 10mm-kubes neffens de fraktuerside.Berekkenje de callus bûten de kortikale bonke.DataViewer (ferzje 1.5.1.2; Bruker microCT, Kontich, Belgje) software waard brûkt om digitaal omliede it skansearre bonken folume, en CT-Analyzer (ferzje 1.14.4.1; Bruker microCT, Kontich, Belgje) software waard brûkt foar analyze.De relative x-ray-absorptionskoëffisjinten yn folwoeksen bonken en callus wurde ûnderskieden troch har tichtens, en dan wurdt it folume fan callus kwantifisearre (n = 4).Om te befestigjen dat de biokompatibiliteit fan LOIS it bonkenhealingsproses net fertrage, waarden ekstra röntgen- en mikro-CT-analyse útfierd yn twa konijnen: de neaken-negative en LOIS-groepen.Beide groepen waarden útfierd yn 'e 6e wike.
De femurs fan opoffere bisten waarden sammele en fêstmakke yn 4% paraformaldehyde foar 3 dagen.It ortopedyske ymplantaat wurdt dan foarsichtich fan it femur fuortsmiten.It femur waard 21 dagen ûntkalkt mei 0,5 M EDTA (EC-900, National Diagnostics Corporation).Dêrnei waard de ûntkalkte femur ûnderdompele yn EtOH om it dehydratisearre te meitsjen.De dehydratisearre femur waard fuortsmiten yn xyleen en ynbêde yn paraffine.Dêrnei waard de stekproef mei in automatyske rotearjende mikrotome (Leica RM2255, Leica Biosystems, Dútslân) mei in dikte fan 3 μm snijd.Foar TRAP-kleuring (F6760, Sigma-Aldrich, Dútslân) waarden de sektoaren samples deparaffinisearre, rehydratisearre en ynkubeare yn TRAP-reagens by 37 ° C foar 1 oere.Ofbyldings waarden oankocht mei in dia-scanner (Pannoramic 250 Flash III, 3DHISTECH, Hongarije) en kwantifisearre troch it mjitten fan de gebietsdekking fan it bûnte gebiet.Yn elk eksperimint waarden op syn minst fjouwer substraten yn elke groep analysearre troch ImageJ-software.
Statistyske betsjuttingsanalyse waard útfierd mei GraphPad Prism (GraphPad Software Inc., FS).Unpaired t-test en ien-wize analyze fan fariânsje (ANOVA) waarden brûkt om de ferskillen tusken de evaluaasjegroepen te testen.It betsjuttingsnivo wurdt yn de figuer sa oanjûn: *P<0,05, **P<0,01, ***P<0,001 en ****P<0,0001;NS, gjin signifikant ferskil.
Sjoch foar oanfoljend materiaal foar dit artikel http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/44/eabb0025/DC1
Dit is in artikel mei iepen tagong ferspraat ûnder de betingsten fan 'e Creative Commons Attribution-Non-Commercial License, dy't it gebrûk, distribúsje en reproduksje yn elk medium mooglik makket, salang't it gebrûk net foar kommersjeel gewin is en it útgongspunt is dat it orizjineel wurk is korrekt.Referinsje.
Opmerking: wy freegje jo allinich om in e-postadres op te jaan, sadat de persoan dy't jo oan 'e side oanbefelje wit dat jo wolle dat se de e-post sjogge en dat de e-post gjin spam is.Wy sille gjin e-mailadressen fêstlizze.
Dizze fraach wurdt brûkt om te testen oft jo in minsklike besiker binne en om automatyske ynstjoerings fan spam te foarkommen.
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
De antibakteriële en immune ûntsnappingscoatings fan ortopedyske ymplantaten kinne ynfeksjes en ymmúnreaksjes feroarsaakje troch ynfeksjes ferminderje.
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
De antibakteriële en immune ûntsnappingscoatings fan ortopedyske ymplantaten kinne ynfeksjes en ymmúnreaksjes feroarsaakje troch ynfeksjes ferminderje.
©2021 American Association for the Advancement of Science.alle rjochten foarbehâlden.AAAS is in partner fan HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef en COUNTER.ScienceAdvances ISSN 2375-2548.