Maidir le hothair atá ag dul faoi mháinliacht ionchlannáin ortaipéideach, ba rioscaí bagrach don bheatha iad ionfhabhtuithe baictéaracha agus freagairtí imdhíonachta de bharr ionfhabhtú.Tá ábhair bhitheolaíocha traidisiúnta i mbaol éillithe bhitheolaíoch, rud a fhágann go n-ionsaíonn baictéir an limistéar gortaithe agus go n-eascraíonn ionfhabhtú iar-obráide.Dá bhrí sin, tá géarghá le bratuithe éalaithe frith-ionfhabhtaithe agus imdhíonachta a fhorbairt le haghaidh ionchlannáin ortaipéideacha.Anseo, tá teicneolaíocht chun cinn modhnú dromchla forbartha againn le haghaidh ionchlannáin ortaipéideacha ar a dtugtar Lubricated Ortaipéideach Implant Surface (LOIS), atá spreagtha ag an dromchla réidh pitchers plandaí pitcher.Tá éaradh leachta láidir buan ag LOIS ar éagsúlacht leachtanna agus substaintí bitheolaíocha (lena n-áirítear cealla, próitéiní, cailciam agus baictéir).Ina theannta sin, dheimhnigh muid an marthanacht mheicniúil i gcoinne scratches agus fórsa a shocrú trí insamhladh a dhéanamh ar an damáiste dosheachanta le linn na máinliachta in vitro.Baineadh úsáid as an múnla briste femoral athlastach smeara coinín chun staidéar críochnúil a dhéanamh ar scálú frith-bhitheolaíoch agus cumas frith-ionfhabhtaithe LOIS.Samhlaímid gur céim chun cinn i máinliacht ortaipéideach saor ó ionfhabhtú í LOIS, a bhfuil airíonna frithbhithfhalaithe agus marthanacht mheicniúil aige.
Sa lá atá inniu ann, mar gheall ar aosú iomlán, tá méadú mór tagtha ar líon na n-othar atá ag fulaingt ó ghalair ortaipéideacha (cosúil le bristeacha scothaosta, galair chomhpháirteacha meathlaithe, agus oistéapóróis) (1, 2).Dá bhrí sin, cuireann institiúidí leighis tábhacht mhór le máinliacht ortaipéideach, lena n-áirítear ionchlannáin ortaipéideacha de scriúnna, plátaí, tairní agus hailt shaorga (3, 4).Mar sin féin, tuairiscíodh go bhfuil ionchlannáin ortaipéideacha traidisiúnta so-ghabhálach i leith greamaitheacht baictéarach agus foirmiú biofilm, rud a d'fhéadfadh ionfhabhtú láithreáin máinliachta (SSI) a chur faoi deara tar éis máinliachta (5, 6).Nuair a dhéantar an biofilm a fhoirmiú ar dhromchla an ionchlannáin ortaipéideach, bíonn sé thar a bheith deacair an biofilm a bhaint fiú nuair a úsáidtear dáileoga móra antaibheathaigh.Dá bhrí sin, de ghnáth bíonn sé mar thoradh ar ionfhabhtuithe tromchúiseacha postoperative (7, 8).Mar gheall ar na fadhbanna thuas, ba cheart go n-áireofaí le cóireáil ionchlannáin ionfhabhtaithe athoibriú, lena n-áirítear gach ionchlannán agus fíocháin máguaird a bhaint;dá bhrí sin, beidh an t-othar ag fulaingt pian dian agus roinnt rioscaí (9, 10).
Chun cuid de na fadhbanna seo a réiteach, forbraíodh ionchlannáin ortaipéideacha drugaí-eluting chun ionfhabhtú a chosc trí bhaictéir atá ceangailte leis an dromchla a dhíchur (11, 12).Mar sin féin, tá roinnt teorainneacha fós le feiceáil sa straitéis.Tuairiscíodh go ndearna ionchlannú fadtéarmach ionchlannáin drugaí-eluting damáiste do na fíocháin máguaird agus ba chúis le athlasadh, rud a d'fhéadfadh neacróis a bheith mar thoradh air (13, 14).Ina theannta sin, éilíonn na tuaslagóirí orgánacha a d'fhéadfadh a bheith ann tar éis an phróisis déantúsaíochta ionchlannáin ortaipéideacha drugaí-eluting, atá toirmiscthe go dian ag Riarachán Bia agus Drugaí na SA, céimeanna íonú breise chun a chaighdeáin a chomhlíonadh (15).Tá ionchlannáin drugaí-eluting dúshlánach maidir le scaoileadh rialaithe drugaí, agus mar gheall ar a luchtú teoranta drugaí, níl sé indéanta an druga a chur i bhfeidhm go fadtéarmach (16).
Is straitéis choitianta eile é an t-ionchlannán a chóta le polaiméir antifouling chun ábhar bitheolaíoch agus baictéir a chosc ó chloí leis an dromchla (17).Mar shampla, tharraing polaiméirí zwitterionic aird mar gheall ar a n-airíonna neamhghreamaitheach nuair a bhíonn siad i dteagmháil le próitéiní plasma, cealla agus baictéir.Mar sin féin, tá roinnt teorainneacha aige a bhaineann le cobhsaíocht fhadtéarmach agus marthanacht mheicniúil, rud a chuireann bac ar a chur i bhfeidhm praiticiúil in ionchlannáin ortaipéideacha, go háirithe mar gheall ar scríobadh meicniúil le linn nósanna imeachta máinliachta (18, 19).Ina theannta sin, mar gheall ar a bith-chomhoiriúnacht ard, easpa gá le máinliacht a bhaint, agus airíonna glantacháin dromchla trí chreimeadh, baineadh úsáid as ionchlannáin ortaipéideacha déanta as ábhair in-bhithmhillte (20, 21).Le linn creimeadh, déantar na bannaí ceimiceacha idir an maitrís polaiméire a bhriseadh síos agus a scoite ón dromchla, agus glanann na greamaitheoirí an dromchla.Mar sin féin, tá bréanú frith-bhitheolaíoch trí ghlanadh dromchla éifeachtach i dtréimhse ghearr ama.Ina theannta sin, déanfar an chuid is mó d'ábhair in-ionsúite lena n-áirítear polai(copolymer aigéad lachtaigh-glycolic-aigéad) (PLGA), aigéad pholalachtach (PLA) agus cóimhiotail atá bunaithe ar mhaignéisiam, faoi bhith-dhíghrádú míchothrom agus creimeadh sa chorp, rud a chuirfidh isteach go diúltach ar chobhsaíocht mheicniúil.(fiche dó).Ina theannta sin, cuireann na blúirí pláta in-bhithmhillte áit ar fáil do na baictéir a cheangal, rud a mhéadaíonn seans ionfhabhtaithe san fhadtréimhse.Cuireann an baol seo maidir le díghrádú meicniúil agus ionfhabhtú teorainn le cur i bhfeidhm praiticiúil máinliacht plaisteach (23).
Superhydrophobic (SHP) dromchlaí go mimic an struchtúr ordlathach na duilleoga Lotus tháinig chun bheith ina réiteach féideartha do frith-bréanaithe dromchlaí (24, 25).Nuair a bhíonn an dromchla SHP tumtha i leacht, beidh boilgeoga aeir gafa, rud a fhágann pócaí aeir agus cosc ​​a chur ar greamaitheacht baictéarach (26).Mar sin féin, léirigh staidéir le déanaí go bhfuil míbhuntáistí ag baint le dromchla SHP a bhaineann le marthanacht mheicniúil agus cobhsaíocht fhadtéarmach, rud a chuireann bac ar a chur i bhfeidhm in ionchlannáin leighis.Thairis sin, déanfaidh na pócaí aeir a n-airíonna frith-smálaithe a dhíscaoileadh agus a chailleadh, rud a fhágann go mbeidh greamaitheacht baictéarach níos leithne mar thoradh ar limistéar mór dromchla an dromchla SHP (27, 28).Le déanaí, thug Aizenberg agus a chomhghleacaithe modh nuálaíoch isteach maidir le sciath dromchla frith-bhithfholcadh trí dhromchla réidh a fhorbairt spreagtha ag gléasra pitcher Nepenthes (29, 30).Léiríonn an dromchla réidh cobhsaíocht fhadtéarmach faoi choinníollacha hiodrálacha, tá sé thar a bheith leacht repellent do leachtanna bitheolaíocha, agus tá airíonna féin-dheisiú.Mar sin féin, níl aon mhodh ann chun sciath a chur i bhfeidhm ar ionchlannán leighis atá cruth casta, agus níl sé cruthaithe go dtacaíonn sé leis an bpróiseas cneasaithe fíocháin damáiste tar éis ionchlannú.
Anseo, tugaimid isteach dromchla ionchlannáin ortaipéideach bhealaithe (LOIS), dromchla ionchlannáin ortaipéideach micrea-nanastruchtúrtha agus é comhcheangailte go docht le sraith tanaí bealaí chun é a chosc ó bheith bainteach le máinliacht plaisteach Ionfhabhtuithe baictéaracha, amhail fosúchán briste.Toisc go socraíonn an struchtúr micrea/nana-leibhéal fluairín-fheidhmithe an bealaidh go daingean ar an struchtúr, is féidir leis an LOIS forbartha greamaitheacht leachtanna éagsúla a aisiompú go hiomlán agus feidhmíocht frith-smálaithe a choinneáil ar feadh i bhfad.Is féidir bratuithe LOIS a chur i bhfeidhm ar ábhair de chruthanna éagsúla atá beartaithe do shintéis cnámh.Deimhníodh in vitro na hairíonna frith-bhith-bhithmhilliúnacha den scoth atá ag LOIS i gcoinne baictéir bithscannáin [Pseudomonas aeruginosa agus Staphylococcus aureus aureus methicillin-resistant (MRSA)] agus substaintí bitheolaíocha (cealla, próitéiní agus cailciam).Is lú ná 1% an ráta greamaitheachta a bhaineann le greamaitheacht fairsing leis an tsubstráit.Ina theannta sin, fiú tar éis strus meicniúil cosúil le scríobadh dromchla a bheith ann, cuidíonn an féin-leighis de bharr an bhealaithe threáiteach a chuid maoine frith-smálaithe a choinneáil.Léiríonn na torthaí tástála marthanachta meicniúla fiú tar éis modhnú struchtúrach agus ceimiceach, ní laghdófar an neart iomlán go suntasach.Ina theannta sin, rinneadh turgnamh in vitro a shamhlaíonn an strus meicniúil sa timpeallacht mháinliachta chun a chruthú gur féidir le LOIS strusanna meicniúla éagsúla a tharlaíonn le linn máinliacht plaisteach a sheasamh.Ar deireadh, d'úsáideamar múnla briste femoral in vivo coinín-bhunaithe, a chruthaigh go bhfuil airíonna antibacterial agus bith-chomhoiriúnacht níos fearr ag LOIS.Dheimhnigh torthaí raideolaíocha agus histolaíochta gur féidir le hiompar cobhsaí bealaí agus airíonna frith-bhithfhalaithe laistigh de 4 seachtaine tar éis ionchlannú feidhmíocht éifeachtach frith-ionfhabhtaithe agus éalaithe imdhíonachta a bhaint amach gan moill a chur ar an bpróiseas cneasaithe cnámh.
Taispeánann Figiúr 1A léaráid scéimreach den LOIS forbartha, atá ionchlannaithe le struchtúir micrea/nana-scála sa mhúnla briste femoral coinín chun a n-airíonna sármhaithe salú frith-bhitheolaíoch agus frith-ionfhabhtaithe a dhearbhú.Déantar modh bithmhiméadach chun dromchla gléasra pota uisce a insamhlú, agus chun bithshalú a chosc trí chiseal bealaithe a ionchorprú laistigh de struchtúr micrea/nana an dromchla.Is féidir leis an dromchla a instealladh le bealaidh an teagmháil idir substaintí bitheolaíocha agus an dromchla a íoslaghdú.Dá bhrí sin, mar gheall ar fhoirmiú bannaí ceimiceacha cobhsaí ar an dromchla, tá feidhmíocht antifouling den scoth agus cobhsaíocht fhadtéarmach aige.Mar thoradh air sin, ceadaíonn airíonna frith-bhithfhalaithe an dromchla bealaithe iarratais phraiticiúla éagsúla i dtaighde bithleighis.Mar sin féin, níl taighde fairsing ar an gcaoi a n-idirghníomhaíonn an dromchla speisialta seo sa chorp críochnaithe fós.Trí chomparáid a dhéanamh idir LOIS agus foshraitheanna naked in vitro ag baint úsáide as albaimin agus baictéir bithscannáin, is féidir neamh-ghreamaitheacht LOIS a dhearbhú (Fíor 1B).Ina theannta sin, trí na braoiníní uisce a rolladh amach ar an tsubstráit lom claonta agus ar an tsubstráit LOIS (Fíor S1 agus Scannán S1), is féidir an fheidhmíocht éilliúcháin bhitheolaíoch a léiriú.Mar a thaispeántar san íomhá micreascóp fluaraiseachta, léirigh an tsubstráit nochta gortha i fionraí próitéine agus baictéir méid mór ábhar bitheolaíoch ag cloí leis an dromchla.Mar sin féin, mar gheall ar a airíonna frith-bhith-shalaithe den scoth, is ar éigean a thaispeánann LOIS aon fhluaraiseacht.D'fhonn a n-airíonna frith-bhithfhuinnimh agus frith-ionfhabhtaithe a dhearbhú, cuireadh LOIS i bhfeidhm ar dhromchla ionchlannáin ortaipéideacha le haghaidh sintéise cnámh (plátaí agus scriúnna) agus cuireadh i múnla briste coinín é.Roimh ionchlannú, goradh an ionchlannán ortaipéideach nocht agus LOIS i bhfionraí baictéarach ar feadh 12 uair an chloig.Cinntíonn an réamh-goir go ndéantar bithscannán ar dhromchla an ionchlannáin nochta chun comparáid a dhéanamh.Taispeánann Fíor 1C grianghraf den suíomh briste 4 seachtaine tar éis ionchlannú.Ar an taobh clé, léirigh coinín le ionchlannán ortaipéideach lom leibhéal dian athlasadh mar gheall ar fhoirmiú biofilm ar dhromchla an ionchlannáin.Chonacthas a mhalairt de thoradh i gcoiníní a ionchlannaíodh le LOIS, is é sin, níor léirigh na fíocháin máguaird LOIS comharthaí ionfhabhtaithe ná comharthaí athlasadh.Ina theannta sin, léiríonn an íomhá optúil ar an taobh clé suíomh máinliachta an choinín leis an ionchlannán nochta, rud a léiríonn nach bhfuarthas aon ghreamaitheacha iolracha ar dhromchla an ionchlannán nochta ar dhromchla an LOIS.Léiríonn sé seo go bhfuil cobhsaíocht fhadtéarmach ag LOIS agus go bhfuil an cumas aige a n-airíonna bréanaithe frith-bhitheolaíocha agus frith-greamaitheachta a choinneáil.
(A) Léaráid scéimreach de LOIS agus a ionchlannú i múnla briste femoral coinín.(B) Íomhá micreascóip fhluaraiseachta de phróitéin agus de bhithscannán baictéarach ar dhromchla lom agus tsubstráit LOIS.4 seachtaine tar éis ionchlannú, (C) íomhá fótagrafach den suíomh briste agus (D) íomhá X-gha (aibhsithe ag dronuilleog dearg).Íomhá le caoinchead: Kyomin Chae, Ollscoil Yonsei.
Léirigh na coiníní aimridithe, nochta le hionchlannú diúltach, gnáthphróiseas cneasaithe cnámh gan aon chomharthaí athlasadh nó ionfhabhtú.Ar an láimh eile, taispeánann ionchlannáin SHP a réamh-ghlais i bhfionraí baictéarach athlasadh a bhaineann le hionfhabhtú ar na fíocháin máguaird.Is féidir é seo a chur i leith a neamhábaltacht chun greamaitheacht baictéarach a chosc ar feadh i bhfad (Fíor S2).Chun a chruthú nach gcuireann LOIS isteach ar an bpróiseas cneasaithe, ach go gcuireann sé bac ar ionfhabhtuithe féideartha a bhaineann le hionchlannú, rinneadh comparáid idir íomhánna X-gha den mhaitrís deimhneach nochta agus LOIS ag an suíomh briste (Fíor 1D).Léirigh íomhá X-gha an ionchlannán dearfach lom línte osteolysis leanúnach, rud a léiríonn nach raibh an cnámh cneasaithe go hiomlán.Tugann sé seo le fios go bhféadfaí moill mhór a chur ar an bpróiseas aisghabhála cnámh mar gheall ar athlasadh a bhaineann le hionfhabhtú.A mhalairt ar fad, thaispeáin sé go raibh na coiníní a ionchlannaíodh le LOIS tar éis leigheas a fháil agus nár léirigh siad aon suíomh briste soiléir.
D'fhonn ionchlannáin leighis a fhorbairt le cobhsaíocht agus feidhmiúlacht fhadtéarmach (lena n-áirítear frithsheasmhacht in aghaidh bith-shalaithe), rinneadh go leor iarrachtaí.Mar sin féin, cuireann láithreacht substaintí bitheolaíocha éagsúla agus dinimic greamaitheachta fíocháin teorainn le forbairt a modhanna cliniciúla iontaofa.Chun na heasnaimh seo a shárú, tá struchtúr cisealta micrea / nana forbartha againn agus dromchla atá modhnaithe go ceimiceach, atá optamaithe mar gheall ar fhórsa ard ribeach agus cleamhnas ceimiceach chun an bealaidh is míne a choinneáil chomh fada agus is féidir.Léiríonn Fíor 2A próiseas déantúsaíochta foriomlán LOIS.Gcéad dul síos, ullmhaigh tsubstráit cruach dhosmálta grád leighis (SS) 304.Ar an dara dul síos, cruthaítear an struchtúr micrea/nana ar an tsubstráit SS trí eitseáil cheimiceach ag baint úsáide as tuaslagán aigéad hidreafluarach (HF).D'fhonn friotaíocht creimeadh SS a athbhunú, úsáidtear tuaslagán aigéad nítreach (HNO3) (31) chun an tsubstráit eitseáilte a phróiseáil.Feabhsaíonn pasivation friotaíocht creimeadh an tsubstráit SS agus mhoillíonn sé go mór an próiseas creimthe a d'fhéadfadh feidhmíocht iomlán LOIS a laghdú.Ansin, trí monolayer féin-chóimeáilte (SAM) a fhoirmiú le 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyltriethoxysilane (POTS), déantar an dromchla a mhodhnú go ceimiceach chun an t-idirghníomhú ceimiceach idir an dromchla agus an cleamhnas bealaithe réidh a fheabhsú.Laghdaíonn an modhnú dromchla go mór fuinneamh dromchla an dromchla struchtúrtha micreascála / nana-scála, a mheaitseálann fuinneamh dromchla an bhealaithe réidh.Ligeann sé seo an bealaí a fhliuchadh go hiomlán, rud a chruthóidh ciseal bealaithe cobhsaí ar an dromchla.Léiríonn an dromchla modhnaithe hidreafóbacht feabhsaithe.Léiríonn na torthaí go léiríonn an bealaí sleamhain iompar cobhsaí ar LOIS mar gheall ar an cleamhnas ceimiceach ard agus fórsa ribeach is cúis leis an struchtúr micrea / nana (32, 33).Rinneadh staidéar ar na hathruithe optúla ar dhromchla SS tar éis modhnú dromchla agus instealladh bealaidh.Is féidir leis an struchtúr cisealta micrea/nana a fhoirmítear ar an dromchla athruithe amhairc a chruthú agus an dromchla a dhorchaiú.Cuirtear an feiniméan seo i leith an éifeacht scaipthe solais feabhsaithe ar an dromchla garbh, rud a mhéadaíonn an machnamh idirleata de bharr an mheicníocht gafa solais (34).Ina theannta sin, tar éis an bealaidh a instealladh, déantar an LOIS níos dorcha.Déanann an ciseal bealaithe níos lú solais a fhrithchaitheamh ón tsubstráit, rud a dhorchaíonn an LOIS.D'fhonn an micreastruchtúr / nanastruchtúir a bharrfheabhsú chun an uillinn sleamhnáin is lú (SA) a thaispeáint chun feidhmíocht frith-bhithfholcadh a bhaint amach, baineadh úsáid as micreascópacht leictreon scanadh (SEM) agus péirí adamhacha chun amanna éagsúla eitseála HF a dhéanamh (0, 3)., 15 agus 60 nóiméad) Micreascóp Fórsa (AFM) (Fíor 2B).Léiríonn íomhánna SEM agus AFM, tar éis tréimhse ghearr eitseála (3 nóiméad eitseála), go bhfuil garbh nana-scála míchothrom déanta ag an tsubstráit lom.Athraíonn garbh an dromchla leis an am eitseála (Fíor S3).Léiríonn an cuar a athraíonn an t-am go leanann an garbh dromchla ag méadú agus go sroicheann sé buaic ag 15 nóiméad de eitseáil, agus ansin ní bhreathnaítear ach laghdú beag ar luach garbh ag 30 nóiméad eitseála.Ag an bpointe seo, tá an garbh nana-leibhéil eitseáilte ar shiúl, agus forbraíonn garbh an mhicrea-leibhéil go bríomhar, rud a fhágann go bhfuil an t-athrú garbh níos cobhsaí.Tar éis eitseáil ar feadh níos mó ná 30 nóiméad, breathnaítear méadú breise ar gharbh, a mhínítear go mion mar seo a leanas: Tá SS comhdhéanta de chruach, cóimhiotalaithe le heilimintí lena n-áirítear iarann, cróimiam, nicil, moluibdín agus go leor eilimintí eile.I measc na n-eilimintí seo, tá ról tábhachtach ag iarann, cróimiam agus moluibdín maidir le gairbhe miocrón/nana-scála a fhoirmiú ar an SS trí eitseáil HF.Sna céimeanna tosaigh den chreimeadh, tá iarann ​​agus cróimiam creimthe go príomha toisc go bhfuil friotaíocht creimeadh níos airde ag moluibdín ná moluibdín.De réir mar a théann an eitseáil ar aghaidh, sroicheann an tuaslagán eitseála rósháithiú áitiúil, ag foirmiú fluairídeanna agus ocsaídí de bharr eitseála.Déanann fluairíd agus ocsaíd deascadh agus ar deireadh ath-thaisceadh ar an dromchla, a fhoirmíonn roughness dromchla sa raon miocrón / nana (31).Tá ról tábhachtach ag an ngarbhas micrea/nana-leibhéil seo in airíonna féin-leighis LOIS.Táirgeann an dromchla déscála éifeacht sineirgisteacha, ag méadú go mór an fórsa ribeach.Ceadaíonn an feiniméan seo don bhealaithe an dromchla a bhriseadh go cobhsaí agus cuireann sé le hairíonna féin-leighis (35).Braitheann foirmiú roughness ar an am eitseála.Faoi 10 nóiméad eitseála, níl ach garbh nana-scála ar an dromchla, rud nach leor chun go leor bealaí a choinneáil chun friotaíocht bith-shalaithe a bheith aige (36).Ar an láimh eile, má tá an t-am eitseála níos mó ná 30 nóiméad, beidh an roughness nana-scála déanta ag athshocrú iarainn agus cróimiam imithe, agus ní bheidh ach an roughness micrea-scála fós mar gheall ar moluibdín.Tá garbh nana-scála in easnamh ar an dromchla ró-eitseáilte agus cailleann sé an éifeacht sineirgisteacha a bhaineann le garbh dhá chéim, rud a chuireann isteach go diúltach ar shaintréithe féin-leighis LOIS.Rinneadh tomhais SA ar fhoshraitheanna le hamanna eitseála éagsúla chun feidhmíocht frith-smálaithe a chruthú.Roghnaíodh cineálacha éagsúla leachtanna bunaithe ar shlaodacht agus ar fhuinneamh dromchla, lena n-áirítear uisce dí-ianaithe (DI), fuil, glycol eitiléine (EG), eatánól (EtOH) agus heicsadecane (HD) (Fíor S4).Léiríonn an patrún eitseála a athraíonn an t-am gurb é SA LOIS tar éis 15 nóiméad eitseála an ceann is ísle do leachtanna éagsúla le fuinneamh agus slaodacht dromchla éagsúla.Dá bhrí sin, tá LOIS optamaithe chun eitseáil ar feadh 15 nóiméad chun miocrón agus roughness nana-scála a fhoirmiú, atá oiriúnach chun marthanacht an bhealaithe agus airíonna frith-smálaithe den scoth a chothabháil go héifeachtach.
(A) Léaráid scéimreach den phróiseas déantúsaíochta ceithre chéim de LOIS.Taispeánann an inset an SAM foirmithe ar an tsubstráit.(B) íomhánna SEM agus AFM, a úsáidtear chun struchtúr micrea/nana an tsubstráit a bharrfheabhsú faoi amanna éagsúla eitseála.Speictreascópacht fótaleictreach X-ghathaithe (XPS) de (C) Cr2p agus (D) F1s tar éis éighníomhachtú an dromchla agus sciath SAM.au, aonad treallach.(E) Íomhánna ionadaíocha de bhraoiníní uisce ar fhoshraitheanna lom, eitseáilte, SHP agus LOIS.(F) An uillinn teagmhála (CA) agus tomhas SA leachtanna le teannas dromchla éagsúla ar SHP agus LOIS.Cuirtear sonraí in iúl mar mheán ± SD.
Ansin, d'fhonn an t-athrú ar airíonna ceimiceacha an dromchla a dhearbhú, baineadh úsáid as speictreascópacht fótaleictreonach X-gha (XPS) chun staidéar a dhéanamh ar an athrú ar chomhdhéanamh ceimiceach dromchla an tsubstráit tar éis gach sciath dromchla.Taispeánann Fíor 2C torthaí tomhais XPS an dromchla eitseáilte HF agus an dromchla cóireáilte HNO 3.Is féidir an dá phríomh-bhuaic ag 587.3 agus 577.7 eV a chur i leith an bhanna Cr-O atá ann cheana féin sa chiseal ocsaíd cróimiam, arb é an príomhdhifríocht ó dhromchla eitseáilte HF.Tá sé seo go príomha mar gheall ar thomhaltas fluairíd iarainn agus cróimiam ar an dromchla ag HNO3.Ceadaíonn an eitseáil HNO3-bhunaithe cróimiam chun foirm a ciseal ocsaíd passivating ar an dromchla, a dhéanann an SS eitseáilte arís resistant a chreimeadh.I bhFíor 2D, fuarthas speictream XPS chun a dhearbhú gur foirmíodh silane fluaracarbóin-bhunaithe ar an dromchla tar éis an sciath SAM, a bhfuil in-éarthacht leacht thar a bheith ard fiú le haghaidh EG, fuil agus EtOH.Críochnaítear an sciath SAM trí ghrúpaí feidhme silane a imoibriú le grúpaí hiodrocsaile a fhoirmítear trí chóireáil plasma.Mar thoradh air sin, breathnaíodh méadú suntasach ar bhuaiceanna CF2 agus CF3.Léiríonn an fuinneamh ceangailteach idir 286 agus 296 eV go bhfuil an modhnú ceimiceach críochnaithe go rathúil ag an sciath SAM.Taispeánann SHP beanna CF2 (290.1 ​​eV) agus CF3 (293.3 eV) réasúnta mór, a dhéantar mar gheall ar an silane fluaracarbóin atá bunaithe ar an dromchla.Taispeánann Fíor 2E íomhánna optúla ionadaíocha de thomhais uillinn teagmhála (CA) do ghrúpaí éagsúla uisce dí-ianaithe i dteagmháil le lom, eitseáilte, SHP, agus LOIS.Léiríonn na híomhánna seo go n-éiríonn an dromchla eitseáilte hidreafail mar gheall ar an struchtúr micrea/nana a fhoirmítear trí eitseáil cheimiceach ionas go n-ionsúitear uisce dí-ianaithe isteach sa struchtúr.Mar sin féin, nuair a bhíonn an tsubstráit brataithe le SAM, taispeánann an tsubstráit éarthach uisce láidir, mar sin cruthaítear SHP dromchla agus tá an t-achar teagmhála idir uisce agus an dromchla beag.Ar deireadh, chonacthas laghdú ar CA i LOIS, ar féidir é a chur i leith dul i bhfód bealaí isteach sa mhicreastruchtúr, rud a mhéadaíonn an limistéar teagmhála.Chun a chruthú go bhfuil airíonna éarthach leachta agus neamhghreamaitheacha den scoth ag an dromchla, rinneadh comparáid idir an LOIS agus an tsubstráit SHP trí CA agus SA a thomhas ag baint úsáide as leachtanna éagsúla (Fíor 2F).Roghnaíodh cineálacha éagsúla leachtanna bunaithe ar shlaodacht agus fuinneamh dromchla, lena n-áirítear uisce dí-ianaithe, fuil, EG, EtOH agus HD (Fíor S4).Léiríonn torthaí tomhais CA, nuair a bhíonn claonadh ag CA go HD, luach laghdaithe CA, áit a bhfuil an fuinneamh dromchla is ísle ag CA.Ina theannta sin, tá LOIS an CA foriomlán íseal.Mar sin féin, léiríonn an tomhas SA feiniméan go hiomlán difriúil.Ach amháin an t-uisce ianaithe, cloíonn gach leacht leis an tsubstráit SHP gan sleamhnú amach.Ar an láimh eile, taispeánann LOIS SA an-íseal, áit a mbeidh an leacht go léir claonta ag uillinn níos ísle ná 10 ° go 15 °, nuair a bheidh an leacht go léir claonta, rolladh as.Léiríonn sé seo go láidir go bhfuil neamh-ghreamaitheacht LOIS níos fearr ná dromchla SHP.Ina theannta sin, cuirtear bratuithe LOIS i bhfeidhm freisin ar chineálacha éagsúla ábhar, lena n-áirítear tíotáiniam (Ti), polyphenylsulfone (PPSU), polyoxymethylene (POM), polyether ether ketone (PEEK) agus polaiméirí bith-absorbable (PLGA), Is ábhair ortaipéideacha ionchlannaithe iad (Fíor S5)).Léiríonn na híomhánna seicheamhach de na braoiníní ar an ábhar atá cóireáilte ag LOIS go bhfuil airíonna frith-bhith-sainithe LOIS mar an gcéanna ar gach foshraith.Ina theannta sin, léiríonn torthaí tomhais CA agus SA gur féidir airíonna neamhghreamaitheacha LOIS a chur i bhfeidhm ar ábhair eile.
D'fhonn airíonna frith-smálaithe LOIS a dhearbhú, cuireadh cineálacha éagsúla foshraitheanna (lena n-áirítear lom, eitseáilte, SHP agus LOIS) le Pseudomonas aeruginosa agus MRSA.Roghnaíodh an dá bhaictéar seo mar bhaictéir ospidéil ionadaíocha, rud a d'fhéadfadh foirmiú biofilms a bheith mar thoradh ar SSI (37).Taispeánann Figiúr 3 (A agus B) na híomhánna micreascóp fluaraiseachta agus torthaí tomhais aonad foirmithe coilíneachta (CFU) na bhfoshraitheanna gortha sa fhionraí baictéarach go gearrthéarmach (12 uair) agus san fhadtéarma (72 uair), faoi seach.I dtréimhse ghearr ama, cruthóidh baictéir braislí agus fásfaidh siad i méid, ag clúdach iad féin le substaintí cosúil le mucus agus cosc ​​​​a chur ar a n-aistriú.Mar sin féin, le linn an goir 72 uair an chloig, aibíonn na baictéir agus beidh sé éasca iad a scaipeadh chun níos mó coilíneachtaí nó braislí a chruthú.Mar sin, is féidir a mheas gur fadtéarmach é goir 72 uair an chloig agus gurb é an t-am goir cuí é chun bithscannán láidir a chruthú ar an dromchla (38).I dtréimhse ghearr ama, léirigh dromchla eitseáilte agus dromchla an SHP greamaitheacht baictéarach, a laghdaíodh thart ar 25% go 50% i gcomparáid leis an tsubstráit lom.Mar sin féin, mar gheall ar a fheidhmíocht agus a chobhsaíocht frith-bhith-bhithmhillte den scoth, níor léirigh LOIS greamaitheacht bithscannáin baictéarach sa ghearrthéarma agus san fhadtéarma.Déanann an léaráid scéimeach (Fíor 3C) cur síos ar an míniú ar mheicníocht salachar frith-bhitheolaíoch an tuaslagáin eitseála, SHP agus LOIS.Is é an toimhde go mbeidh achar dromchla níos mó ag an tsubstráit eitseáilte a bhfuil airíonna hidrofilic aige ná an tsubstráit lom.Mar sin, tarlóidh greamaitheacht baictéarach níos mó ar an tsubstráit eitseáilte.Mar sin féin, i gcomparáid leis an tsubstráit lom, tá an tsubstráit eitseáilte i bhfad níos lú bithscannán déanta ar an dromchla.Tá sé seo toisc go gceanglaíonn móilíní uisce go daingean leis an dromchla hidrofilic agus gníomhaíonn siad mar bhealaí le haghaidh uisce, rud a chuireann isteach ar greamaitheacht na baictéir sa ghearrthéarma (39).Mar sin féin, tá ciseal na móilíní uisce an-tanaí agus intuaslagtha i bhfionraí baictéaracha.Dá bhrí sin, imíonn an ciseal móilíneach uisce ar feadh i bhfad, rud a fhágann go bhfuil greamaitheacht agus iomadú baictéarach fairsing.I gcás SHP, mar gheall ar a n-airíonna neamhfhliuchta gearrthéarmacha, cuirtear bac ar greamaitheacht baictéarach.Is féidir an greamaitheacht baictéarach laghdaithe a chur i leith pócaí aeir atá gafa sa struchtúr cisealta agus fuinneamh dromchla níos ísle, rud a íoslaghdaíonn an teagmháil idir an fionraí baictéarach agus an dromchla.Mar sin féin, breathnaíodh greamaitheacht baictéarach fairsing i SHP mar gheall ar chaill sé a chuid maoine frith-bréanaithe ar feadh i bhfad.Tá sé seo go príomha mar gheall ar imithe pócaí aeir de bharr brú hidreastatach agus díscaoileadh aer in uisce.Tá sé seo go príomha mar gheall ar imithe pócaí aeir mar gheall ar dhíscaoileadh agus an struchtúr cisealta a sholáthraíonn achar dromchla níos mó le haghaidh greamaitheachta (27, 40).Murab ionann agus an dá fhoshraith seo a bhfuil tionchar tábhachtach acu ar chobhsaíocht fhadtéarmach, déantar an bealadh bealaithe atá i LOIS a instealladh isteach sa struchtúr micrea / nana agus ní imíonn sé fiú san fhadtéarma.Tá bealaí líonta le struchtúir micrea / nana an-chobhsaí agus mealltar go láidir chuig an dromchla iad mar gheall ar a ard-chleamhnas ceimiceach, rud a chuireann cosc ​​​​ar greamaitheacht baictéarach ar feadh i bhfad.I bhFíor S6 taispeántar íomhá micreascóp comhfhócasach machnaimh de shubstráit bheal-insileadh tumtha i saline maolánach fosfáite (PBS).Léiríonn íomhánna leanúnacha, fiú tar éis 120 uair an chloig de chroitheadh ​​beag (120 rpm), nach bhfuil aon athrú ar an gciseal bealaithe ar an LOIS, rud a léiríonn cobhsaíocht fhadtéarmach faoi choinníollacha sreafa.Tá sé seo mar gheall ar an ard-chleamhnas ceimiceach idir an sciath SAM atá bunaithe ar fhluairín agus an bealaidh atá bunaithe ar perfluaracarbón, ionas gur féidir ciseal bealaithe cobhsaí a fhoirmiú.Dá bhrí sin, coimeádtar an fheidhmíocht frith-bréanaithe.Ina theannta sin, rinneadh tástáil ar an tsubstráit i gcoinne próitéiní ionadaíocha (albam agus fibrinogen), atá i plasma, cealla a bhaineann go dlúth le feidhm imdhíonachta (macrophages agus fibroblasts), agus iad siúd a bhaineann le foirmiú cnámh.Tá ábhar cailciam an-ard.(Fíor 3D, 1 agus 2, agus Fíor S7) (41, 42).Ina theannta sin, léirigh íomhánna micreascóp fluaraiseachta na tástála greamaitheachta le haghaidh fibrinogen, albaimin agus cailciam tréithe greamaitheachta éagsúla de gach grúpa foshraithe (Fíor S8).Le linn foirmiú cnámh, féadfaidh sraitheanna cnámh agus cailciam nua-chruthaithe timpeall an ionchlannán ortaipéideach, rud a fhágann ní hamháin go bhfuil sé deacair é a bhaint, ach go bhféadfadh sé dochar gan choinne a dhéanamh don othar le linn an phróisis bhaint.Dá bhrí sin, tá leibhéil ísle taiscí cailciam ar phlátaí cnámh agus scriúnna tairbheach do mháinliacht ortaipéideach a éilíonn baint ionchlannán.Bunaithe ar chainníochtú an limistéir faoi iamh bunaithe ar dhéine an fhluaraiseachta agus ar an gcomhaireamh cille, dheimhnigh muid go léiríonn LOIS airíonna frith-bhithfholaithe den scoth do gach substaint bhitheolaíoch i gcomparáid le foshraitheanna eile.De réir thorthaí na dturgnaimh in vitro, is féidir an LOIS salachar frith-bhitheolaíoch a chur i bhfeidhm ar ionchlannáin ortaipéideacha, rud a d'fhéadfadh ní hamháin ionfhabhtuithe de bharr baictéir bithscannáin a chosc, ach freisin athlasadh de bharr chóras imdhíonachta gníomhach an chomhlachta a laghdú.
(A) Íomhánna micreascóip fhluaraiseachta de gach grúpa (naked, eitseáilte, SHP agus LOIS) gortha i fionraí Pseudomonas aeruginosa agus MRSA ar feadh 12 agus 72 uair an chloig.(B) Líon na CFU greamaitheacha de Pseudomonas aeruginosa agus MRSA ar dhromchla gach grúpa.(C) Léaráid scéimreach den mheicníocht salú frith-bhitheolaíoch de eitseáil gearrthéarmach agus fadtéarmach, SHP agus LOIS.(D) (1) Líon na fibroblasts cloí le gach tsubstráit agus íomhánna micreascóp fluaraiseachta de na cealla cloí leis an lom agus LOIS.(2) Tástáil greamaitheachta ar phróitéiní a bhaineann le himdhíonacht, albaimin agus cailciam a bhfuil baint acu leis an bpróiseas cneasaithe cnámh (* P <0.05, ** P <0.01, *** P <0.001 agus ****P <0.0001).ns, nach bhfuil tábhachtach.
I gcás strusanna tiubhaithe dosheachanta, ba é marthanacht mheicniúil an príomhdhúshlán i gcónaí maidir le bratuithe antifouling a chur i bhfeidhm.Tá modhanna traidisiúnta glóthacha frithshéarachais bunaithe ar pholaiméirí le tuaslagthacht agus leochaileacht íseal uisce.Dá bhrí sin, is gnách go mbíonn siad so-ghabhálach do strus meicniúil in iarratais bhithleighis.Dá bhrí sin, tá bratuithe antifouling atá buan go meicniúil fós ina dhúshlán d’fheidhmchláir mar ionchlannáin ortaipéideacha (43, 44).Léiríonn Fíor 4A(1) an dá phríomhchineál struis a chuirtear i bhfeidhm ar ionchlannáin ortaipéideacha, lena n-áirítear scríobadh (strus lomadh) agus comhbhrú le híomhá optúil an ionchlannáin damáiste a tháirgeann na forceps.Mar shampla, nuair a dhéantar an scriú a theannú le scriúire, nó nuair a shealbhaíonn an máinlia an pláta cnámh go docht le tweezers agus go gcuireann sé fórsa comhbhrúite i bhfeidhm, déanfar damáiste don phláta cnámh plaisteach agus scríobtar é ar na scálaí macra agus micrea / nana (Fíor 4A, 2).D'fhonn a thástáil an féidir leis an LOIS monaraithe na damáistí seo a sheasamh le linn máinliachta plaisteacha, rinneadh nanaidentation chun cruas an tsubstráit lom agus an LOIS a chur i gcomparáid ar an scála micrea / nana chun staidéar a dhéanamh ar airíonna meicniúla an struchtúir micrea / nana Tionchar (Fíor 4B).Taispeánann an léaráid scéimreach iompar dífhoirmithe difriúil LOIS de bharr struchtúir micrea/nana.Tarraingíodh cuar díláithrithe fórsa bunaithe ar thorthaí na nana-anainteachta (Fíor 4C).Léiríonn an íomhá gorm an tsubstráit lom, a léiríonn ach dífhoirmiúchán beag, mar atá le feiceáil ag an doimhneacht eangú uasta de 0.26-μm.Ar an láimh eile, féadfaidh an méadú de réir a chéile ar fhórsa nanoindentation agus díláithriú a breathnaíodh i LOIS (cuar dearg) comharthaí laghdaithe airíonna meicniúla a thaispeáint, rud a fhágann go mbeidh doimhneacht nanoindentation de 1.61μm.Tá sé seo amhlaidh toisc go soláthraíonn an struchtúr micrea/nana atá sa LOIS spás dul chun cinn níos doimhne do bharr an nanaindenter, agus mar sin tá a dhífhoirmiú níos mó ná an tsubstráit lom.Tá Konsta-Gdoutos et al.(45) creideann sí gur mar gheall ar nanastruchtúir a bheith i láthair, go dtagann cuair neamhrialta nana-an-an-coinnithe mar thoradh ar nana-anaint agus ar gharbháis micrea/nana.Freagraíonn an limistéar scáthaithe don chuar dífhoirmithe neamhrialta a chuirtear i leith an nanastruchtúir, agus cuirtear an limistéar neamh-scáthaithe chuig an microstructure.D'fhéadfadh an dífhoirmiúchán seo damáiste a dhéanamh do mhicreastruchtúr/nanastruchtúir an bhealaidh ghabháltais agus d'fhéadfadh sé cur isteach go diúltach ar a fheidhmíocht frith-smálaithe.Chun staidéar a dhéanamh ar thionchar an damáiste ar LOIS, rinneadh damáiste dosheachanta do mhicreastruchtúir/nana-struchtúir sa chorp le linn máinliacht plaisteach.Trí thástálacha greamaitheachta fola agus próitéine a úsáid, is féidir cobhsaíocht airíonna frith-bhithfhalaithe LOIS tar éis in vitro a chinneadh (Fíor 4D).Léiríonn sraith íomhánna optúla an damáiste a tharla in aice le poill gach tsubstráit.Rinneadh tástáil greamaitheachta fola chun éifeacht an damáiste mheicniúil ar an sciath frith-bhith-shalaithe a léiriú (Fíor 4E).Cosúil le SHP, cailltear na hairíonna frith-bréanaithe mar gheall ar dhamáiste, agus taispeánann LOIS airíonna frith-bréanaithe den scoth trí fhuil a aisiompú.Tá sé seo mar gheall ar, toisc go bhfuil an fuinneamh dromchla á thiomáint ag an ngníomh ribeach a chlúdaíonn an limistéar damáiste, go n-athbhunóidh an sreabhadh sa bhealaithe micreastruchtúrtha na hairíonna frith-smálaithe (35).Breathnaíodh an treocht chéanna sa tástáil greamaitheachta próitéine ag baint úsáide as albaimin.Sa limistéar damáiste, breathnaítear go forleathan ar ghreamaitheacht próitéine ar dhromchla SHP, agus trí chlúdach an limistéir a thomhas, is féidir é a chainníochtú mar leath de leibhéal greamaitheachta an tsubstráit lom.Ar an láimh eile, chothaigh LOIS a n-airíonna frith-bhithfhalaithe gan a bheith ina chúis le greamaitheacht (Fíor 4, F agus G).Ina theannta sin, is minic a bhíonn dromchla an scriú faoi réir strus láidir meicniúil, mar shampla druileáil, agus mar sin rinneamar staidéar ar chumas sciath LOIS fanacht slán ar an scriú in vitro.Taispeánann Fíor 4H íomhánna optúla de scriúnna éagsúla, lena n-áirítear lom, SHP agus LOIS.Léiríonn an dronuilleog dearg an limistéar sprice ina dtarlaíonn strus láidir meicniúil le linn ionchlannú cnámh.Cosúil le tástáil greamaitheachta próitéine an phláta, úsáidtear micreascóp fluaraiseachta chun an greamaitheacht próitéin a íomhá agus an limistéar clúdaigh a thomhas chun ionracas sciath LOIS a chruthú, fiú faoi strus meicniúil láidir (Fíor 4, I agus J).Léiríonn na scriúnna cóireáilte LOIS feidhmíocht frith-smálaithe den scoth, agus ní chloíonn beagnach aon phróitéin leis an dromchla.Ar an láimh eile, breathnaíodh greamaitheacht próitéine i scriúnna lom agus scriúnna SHP, áit a raibh clúdach achair na scriúnna SHP aon trian de na scriúnna lom.Ina theannta sin, ní mór don ionchlann ortaipéideach a úsáidtear le haghaidh fosúchán a bheith láidir go meicniúil chun an strus a bhaineann leis an suíomh briste a sheasamh, mar a thaispeántar i bhFíor 4K.Dá bhrí sin, rinneadh tástáil lúbthachta chun éifeacht modhnú ceimiceach ar airíonna meicniúla a chinneadh.Ina theannta sin, déantar é seo chun an strus seasta ón ionchlannán a choinneáil.Cuir fórsa meicniúil ingearach i bhfeidhm go dtí go mbeidh an ionchlannán fillte go hiomlán agus go bhfaightear cuar strus-bhrú (Fíor 4L, 1).Rinneadh comparáid idir dhá airí lena n-áirítear modulus Young agus neart flexural idir foshraitheanna lom agus LOIS mar tháscairí ar a neart meicniúil (Fíor 4L, 2 agus 3).Léiríonn modulus Young cumas ábhair chun athruithe meicniúla a sheasamh.Is é modulus Young gach tsubstráit 41.48 ± 1.01 agus 40.06 ± 0.96 GPa, faoi seach;tá an difríocht breathnaithe thart ar 3.4%.Ina theannta sin, tuairiscítear gurb é an neart lúbthachta, a chinneann déine an ábhair, ná 102.34 ± 1.51 GPa don tsubstráit lom agus 96.99 ± 0.86 GPa do SHP.Tá an tsubstráit lom thart ar 5.3% níos airde.Féadfaidh an éifeacht notch a bheith mar thoradh ar an laghdú beag ar airíonna meicniúla.Sa éifeacht notch, d'fhéadfadh an garbhmhír micrea / nana feidhmiú mar shraith notches, rud a fhágann go dtiocfaidh tiúchan strus áitiúil agus a dhéanann difear d'airíonna meicniúla an ionchlannáin (46).Mar sin féin, bunaithe ar an bhfíric go bhfuil stiffness cnámh cortical daonna tuairiscithe a bheith idir 7.4 agus 31.6 GPa, agus an LOIS modulus tomhaiste níos mó ná sin de cnámh cortical daonna (47), tá an LOIS leordhóthanach chun tacú leis an briste agus a iomlán. airíonna meicniúla is lú tionchar ag modhnú dromchla.
(A) Léaráid scéimreach de (1) an strus meicniúil a cuireadh i bhfeidhm ar an ionchlannán ortaipéideach le linn na hoibríochta, agus (2) íomhá optúil an ionchlannáin ortaipéideach damáiste.(B) Léaráid scéimreach d'airíonna nana-meicniúla a thomhas de réir nana-anainteachta agus LOIS ar an dromchla lom.(C) Cuar fórsa-díláithrithe nanaoindentation de dhromchla lom agus LOIS.(D) Tar éis turgnaimh in vitro, insamhail na híomhánna optúla de chineálacha éagsúla plátaí ortaipéideacha (aibhsítear an limistéar damáiste le dronuilleog dearg) chun an strus meicniúil a tharla le linn na hoibríochta a insamhail.(E) Tástáil greamaitheachta fola agus (F) tástáil greamaitheachta próitéine den ghrúpa pláta ortaipéideach damáiste.(G) Tomhais clúdach achair na próitéine atá ag cloí leis an pláta.(H) Íomhánna optúla de chineálacha éagsúla scriúnna ortaipéideacha tar éis an turgnaimh in vitro.(I) Tástáil greamaitheachta próitéine chun staidéar a dhéanamh ar shláine bratuithe éagsúla.(J) Tomhais clúdach achair na próitéine atá ag cloí leis an scriú.(K) Tá gluaiseacht an choinín ceaptha chun strus seasta a ghiniúint ar an gcnámh briste.(L) (1) Bend torthaí tástála agus íomhánna optúla roimh agus tar éis lúbthachta.An difríocht i (2) modulus Young agus (3) neart lúbthachta idir ionchlannán lom agus SHP.Sloinntear sonraí mar mheán ± SD (*P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001 agus ****P<0.0001).Íomhá le caoinchead: Kyomin Chae, Ollscoil Yonsei.
I gcásanna cliniciúla, tagann an chuid is mó de theagmháil baictéarach le hábhair bhitheolaíocha agus le suíomhanna créachta ó biofilms aibí aibí (48).Mar sin, measann Ionaid SAM um Rialú agus Cosc ar Ghalair go bhfuil baint ag 65% de na hionfhabhtuithe daonna go léir le bithscannáin (49).Sa chás seo, is gá dearadh turgnamhach in vivo a sholáthar a sholáthraíonn foirmiú bithscannán comhsheasmhach ar dhromchla an ionchlannáin.Mar sin, d'fhorbraíomar múnla briste femoral coinín ina ndearnadh ionchlannáin ortaipéideacha a réamh-ghorthú i bhfionraí baictéarach agus ansin ionchlannú i femurs coinín chun staidéar a dhéanamh ar airíonna frith-bréanaithe LOIS in vivo.Mar gheall ar na trí fhíric thábhachtacha seo a leanas, is trí réamhchultúr seachas instealladh díreach d’fhionraí baictéaracha a chothaítear ionfhabhtuithe baictéaracha: (i) Tá córas imdhíonachta coiníní go nádúrtha níos láidre ná córas daoine;dá bhrí sin, is féidir fionraí baictéarach agus baictéir planctónacha a instealladh Níl ​​aon éifeacht aige ar fhoirmiú bithscannáin.(Ii) Tá baictéir planctónacha níos so-ghabhálaí d'antaibheathaigh, agus is gnách go n-úsáidtear antaibheathaigh tar éis máinliachta;ar deireadh, (iii) féadfaidh sreabháin choirp an ainmhí an fionraí baictéar planctónach a chaolú (50).Trí réamh-shaothrú an ionchlannáin i bhfionraí baictéarach roimh ionchlannú, is féidir linn staidéar críochnúil a dhéanamh ar éifeachtaí díobhálacha ionfhabhtú baictéarach agus imoibriú comhlacht eachtrach (FBR) ar an bpróiseas cneasaithe cnámh.Rinneadh na coiníní a íobairt 4 seachtaine tar éis ionchlannú, mar go gcríochnófar an osseointegration riachtanach don phróiseas cneasaithe cnámh laistigh de 4 seachtaine.Ansin, baineadh na hionchlannáin ó na coiníní le haghaidh staidéir iartheachtacha.Léiríonn Fíor 5A meicníocht iomadú na baictéir.Tugtar isteach an ionchlannán ortaipéideach ionfhabhtaithe isteach sa chorp.Mar thoradh ar réamh-ghothú i bhfionraí baictéarach, bhí sé cinn de na sé choinín a ionchlannaíodh le hionchlannáin nocht ionfhabhtaithe, agus ní raibh aon duine de na coiníní ar cuireadh ionchlannáin a ndearnadh cóireáil orthu le LOIS ionfhabhtaithe.Téann ionfhabhtuithe baictéaracha ar aghaidh i dtrí chéim, lena n-áirítear fás, aibiú agus scaipeadh (51).Gcéad dul síos, a atáirgeann agus fásann na baictéir atá ceangailte ar an dromchla, agus ansin cruthaíonn na baictéir bithscannán nuair a eisfhearann ​​siad polaiméir eischeallach (EPS), amyloid agus DNA eischeallach.Ní hamháin go gcuireann Biofilm isteach ar dhul i bhfód antaibheathaigh, ach cuireann sé chun cinn freisin carnadh einsímí díghrádaithe antaibheathacha (cosúil le β-lactamase) (52).Ar deireadh, scaipeann an biofilm na baictéir aibí isteach sna fíocháin máguaird.Mar sin, tarlaíonn ionfhabhtú.Ina theannta sin, nuair a théann comhlacht eachtrach isteach sa chorp, is féidir le hionfhabhtú a d'fhéadfadh freagairt imdhíonachta láidir a bheith ina chúis le athlasadh dian, pian, agus díolúine laghdaithe.Tugann Fíor 5B forbhreathnú ar an FBR de bharr ionchlannán ortaipéideach a chur isteach, seachas an freagra imdhíonachta a d’eascair as ionfhabhtú baictéarach.Aithníonn an córas imdhíonachta an ionchlannán a cuireadh isteach mar chomhlacht eachtrach, agus ansin déanann na cealla agus na fíocháin imoibriú chun an comhlacht eachtrach a chuimsiú (53).I laethanta tosaigh FBR, foirmíodh maitrís soláthair ar dhromchla ionchlannáin ortaipéideacha, rud a d'eascair asaithe fibrinogen.Cruthaíonn an fibrinogen asaithe ansin líonra fibrin an-dlúth, a chuireann chun cinn ceangaltán leukocytes (54).Nuair a bheidh an líonra fibrin déanta, tarlóidh athlasadh géarmhíochaine mar gheall ar insíothlú neutrophils.Sa chéim seo, scaoiltear éagsúlacht cytokines cosúil le fachtóir necróis meall-α (TNF-α), interleukin-4 (IL-4) agus IL-β, agus tosaíonn monocytes ag infiltrate an suíomh ionchlannú agus idirdhealú a dhéanamh i gcealla ollmhóra.Phage (41, 55, 56).Bhí sé ina dhúshlán i gcónaí an FBR a laghdú toisc go bhféadfadh an iomarca FBR athlasadh géara agus ainsealacha a chur faoi deara, rud a d’fhéadfadh deacrachtaí marfacha a bheith mar thoradh air.Chun measúnú a dhéanamh ar thionchar na n-ionfhabhtuithe baictéaracha sna fíocháin timpeall ar an ionchlannán lom agus LOIS, baineadh úsáid as staining hematoxylin agus eosin (H&E) agus Masson trichrome (MT).I gcás coiníní a raibh foshraitheanna lom orthu, chuaigh ionfhabhtuithe baictéaracha tromchúiseacha chun cinn, agus léirigh sleamhnáin fíocháin H&E go soiléir easpaí agus neacróis de bharr athlasadh.Ar an láimh eile, cuireann LOIS dromchla an-láidir frith-bhith-shalaithe bac ar greamaitheacht baictéarach, mar sin ní léiríonn sé aon chomharthaí ionfhabhtaithe agus laghdaíonn sé athlasadh (Fíor 5C).Léirigh torthaí staining MT an treocht chéanna.Mar sin féin, léirigh staining MT éidéime i gcoiníní a ionchlannú le LOIS, rud a thugann le fios go bhfuil aisghabháil ar tí tarlú (Fíor 5D).D'fhonn staidéar a dhéanamh ar an méid freagra imdhíonachta, rinneadh staining immunohistochemical (IHC) ag baint úsáide as cytokines TNF-α agus IL-6 a bhaineann le freagra imdhíonachta.Cuireadh ionchlannán diúltach naked nach raibh faoi lé baictéir i gcomparáid le LOIS a bhí faoi lé baictéir ach nach raibh ionfhabhtaithe chun staidéar a dhéanamh ar an bpróiseas cneasaithe in éagmais ionfhabhtú baictéarach.Taispeánann Fíor 5E íomhá optúil de sleamhnán IHC a chuireann TNF-α in iúl.Léiríonn an limistéar donn an freagra imdhíonachta, rud a léiríonn go bhfuil an freagra imdhíonachta i LOIS laghdaithe beagán.Ina theannta sin, bhí an abairt IL-6 i LOIS i bhfad níos lú ná an léiriú diúltach naked steiriúla (Fíor 5F).Rinneadh an léiriú ar chitocín a chainníochtú trí réimse staining antasubstainte a fhreagraíonn don chitocín (Fíor 5G) a thomhas.I gcomparáid leis na coiníní a bhí faoi lé na n-ionchlannán diúltach, bhí leibhéil slonn na gcoiníní a ionchlannaíodh le LOIS níos ísle, rud a léirigh difríocht brí.Léiríonn an laghdú ar léiriú cytokine go bhfuil airíonna fadtéarmacha, cobhsaí frith-bréanaithe LOIS ní hamháin bainteach le cosc ​​​​ionfhabhtuithe baictéarach, ach freisin le laghdú FBR, a tharlódh de bharr macrophages cloí leis an tsubstráit (53, 57 , 58).Mar sin, féadfaidh an freagra imdhíonachta laghdaithe mar gheall ar airíonna imghabhála imdhíonachta LOIS na fo-iarsmaí a réiteach tar éis ionchlannú, mar shampla freagra imdhíonachta iomarcach tar éis máinliacht plaisteach.
(A) Léaráid scéimreach den mheicníocht um fhoirmiú agus scaipeadh bithscannán ar dhromchla ionchlannán ortaipéideach ionfhabhtaithe.eDNA, DNA eischeallach.(B) Léaráid scéimreach den fhreagairt imdhíonachta tar éis ionchlannán ortaipéideach a chur isteach.(C) staining H&E agus (D) staining MT ar na fíocháin máguaird d’ionchlannáin ortaipéideacha le lom dearfach agus LOIS.Is íomhánna dhaite de choiníní naked-diúltach agus LOIS-ionchlannaithe iad IHC de cytokines a bhaineann le himdhíonacht (E) TNF-α agus (F) IL-6.(G) Cainníochtú slonn citocín de réir tomhais cumhdaigh achair (** P <0.01).
Scrúdaíodh bith-chomhoiriúnacht LOIS agus a éifeacht ar phróiseas cneasaithe cnámh in vivo ag baint úsáide as íomháú diagnóiseach [x-gha agus tomagrafaíocht micrea-ríomhaire (CT)] agus osteoclast IHC.Léiríonn Fíor 6A an próiseas cneasaithe cnámh ina bhfuil trí chéim éagsúla: athlasadh, deisiú agus athmhúnlú.Nuair a tharlaíonn briste, rachaidh cealla athlastacha agus fibroblasts isteach sa chnámh briste agus tosóidh siad ag fás isteach sa fhíochán soithíoch.Le linn na céime deisiúcháin, leathnaíonn ingrowth fíocháin soithíoch in aice leis an suíomh briste.Soláthraíonn fíochán soithíoch cothaithigh chun cnámh nua a fhoirmiú, ar a dtugtar callus.Is é an chéim dheireanach den phróiseas cneasaithe cnámh ná an chéim athmhúnlaithe, ina laghdaítear méid an callus go dtí méid cnámh gnáth le cabhair ó mhéadú ar leibhéal na n-osteoclasts gníomhachtaithe (59).Rinneadh atógáil tríthoiseach (3D) ar an suíomh briste ag baint úsáide as scanadh micrea-CT chun na difríochtaí i leibhéal foirmithe callus i ngach grúpa a bhreathnú.Breathnaigh ar thrasghearradh an femur chun tiús an ghlao timpeall ar an gcnámh briste a bhreathnú (Fíor 6, B agus C).Baineadh úsáid as X-ghathanna freisin chun suíomhanna briste na ngrúpaí go léir a scrúdú gach seachtain chun na próisis éagsúla athghiniúna cnámh i ngach grúpa a bhreathnú (Fíor S9).Léirítear callus agus cnámha aibí i ndath gorm/glas agus eabhair, faoi seach.Déantar an chuid is mó de na fíocháin bhoga a scagadh amach le tairseach réamhshocraithe.Dhearbhaigh Nude dearfach agus SHP foirmiú méid beag callus timpeall an tsuímh briste.Ar an láimh eile, tá an diúltach nochtaithe de LOIS agus an suíomh briste timpeallaithe ag callus tiubh.Léirigh íomhánna micrea-CT go raibh bac ar fhoirmiú callus ag ionfhabhtú baictéarach agus athlasadh a bhaineann le hionfhabhtú.Tá sé seo toisc go dtugann an córas imdhíonachta tosaíocht do ghortuithe seipteacha de bharr athlasadh a bhaineann le hionfhabhtú a leigheas, seachas aisghabháil cnámh (60).IHC agus Tartrate-resistant Aigéad Phosphatase (TRAP) staining rinneadh chun breathnú ar ghníomhaíocht osteoclast agus resorption cnámh (Fíor 6D) (61).Ní bhfuarthas ach cúpla osteoclasts gníomhachtaithe daite corcra i rudaí dearfacha nocht agus SHP.Ar an láimh eile, breathnaíodh go leor osteoclasts gníomhachtaithe in aice le cnámha dearfacha agus aibí LOIS.Léiríonn an feiniméan seo, i láthair osteoclasts, go bhfuil an callus timpeall an tsuímh briste ag dul faoi phróiseas athmhúnlaithe foréigneach (62).Tomhaiseadh an toirt cnámh agus limistéar léirithe osteoclast an callus chun comparáid a dhéanamh idir an leibhéal foirmiú callus timpeall an tsuímh briste i ngach grúpa, ionas go ndéanfaí an scanadh micrea-CT agus torthaí IHC a chainníochtú (Fíor 6E, 1 agus 2).Mar a bheifí ag súil leis, bhí na claonchlónna nocht agus foirmiú callus i LOIS i bhfad níos airde ná sna grúpaí eile, rud a léiríonn gur tharla athmhúnlú cnámh dearfach (63).Taispeánann Fíor S10 íomhá optúil an tsuímh máinliachta, toradh staining MT na fíocháin a bailíodh in aice leis an scriú, agus an toradh staining TRAP ag cur béime ar an gcomhéadan scriú-cnámh.Sa tsubstráit lom, breathnaíodh foirmiú callus agus fiobróis láidir, agus léirigh an t-ionchlann a chóireáil LOIS dromchla sách neamhchloí.Ar an gcaoi chéanna, i gcomparáid le claonchlónna nocht, breathnaíodh fiobróis níos ísle i gcoiníní a ionchlannaíodh le LOIS, mar atá léirithe ag na saigheada bána.Ina theannta sin, is féidir an éidéime daingean (saighead ghorm) a chur i leith airíonna imghabhála imdhíonachta LOIS, rud a laghdóidh athlasadh dian.Tugann an dromchla neamh-bata timpeall an ionchlannáin agus an fiobróis laghdaithe le fios go bhfuil an próiseas aistrithe níos éasca, rud a fhágann go mbíonn bristeacha nó athlasadh eile mar thoradh air de ghnáth.Rinneadh measúnú ar an bpróiseas cneasaithe cnámh tar éis an scriú a bhaint de réir gníomhaíochta osteoclast ag an gcomhéadan scriú-cnámh.D'ionsúigh an cnámh lom agus an comhéadan ionchlannán LOIS leibhéil chosúla osteoclasts chun cneasaithe cnámh a thuilleadh, rud a thugann le fios nach bhfuil aon tionchar diúltach ag sciath LOIS ar chneasú cnámh nó ar fhreagairt imdhíonachta.D'fhonn a dhearbhú nach gcuireann an modhnú dromchla a dhéantar ar an LOIS isteach ar an bpróiseas cneasaithe cnámh, baineadh úsáid as scrúdú X-gha chun cneasaithe cnámh na gcoiníní a chur i gcomparáid le hiain dhiúltacha nochta agus 6 seachtaine d'ionchlannú LOIS (Fíor 6F).Léirigh na torthaí, i gcomparáid leis an ngrúpa dearfach nude neamhionfhabhtaithe, gur léirigh LOIS an leibhéal céanna cneasaithe cnámh, agus ní raibh aon chomharthaí soiléire briste (líne osteolysis leanúnach) sa dá ghrúpa.
(A) Léaráid scéimreach den phróiseas cneasaithe cnámh tar éis briste.(B) An difríocht i méid foirmiú callus de gach grúpa dromchla agus (C) an íomhá trasghearrtha den suíomh briste.(D) staining TRAP chun gníomhaíocht osteoclast agus resorption cnámh a shamhlú.Bunaithe ar ghníomhaíocht TRAP, rinneadh anailís chainníochtúil ar fhoirmiú callus seachtrach cnámh cortical ag (E) (1) micrea-CT agus (2) gníomhaíocht osteoclast.(F) 6 seachtaine tar éis ionchlannú, íomhánna X-gha de chnámh briste an diúltach nochtaithe (arna aibhsiú ag an dronuilleog dearg briste) agus LOIS (aibhsithe ag an dronuilleog gorm briste).Rinneadh anailís staitistiúil trí anailís aontreo ar athraitheas (ANOVA).* P <0.05.** P <0.01.
I mbeagán focal, soláthraíonn LOIS cineál nua straitéise ionfhabhtaithe antibacterial agus sciath éalaithe imdhíonachta d'ionchlannáin ortaipéideacha.Léiríonn ionchlannáin ortaipéideacha traidisiúnta le feidhmiú SHP airíonna frithbhithfhalaithe gearrthéarmacha, ach ní féidir leo a n-airíonna a choinneáil ar feadh i bhfad.Gabhann sárhidreafóbacht an tsubstráit boilgeoga aeir idir na baictéir agus an tsubstráit, ag cruthú pócaí aeir, rud a chuireann cosc ​​ar ionfhabhtú baictéarach.Mar sin féin, mar gheall ar idirleathadh aeir, déantar na pócaí aeir seo a bhaint go héasca.Ar an láimh eile, tá sé cruthaithe go maith ag LOIS a chumas ionfhabhtuithe a bhaineann le bithscannán a chosc.Dá bhrí sin, mar gheall ar airíonna frith-dhiúltú an chiseal bealaidh a instealladh isteach i dromchla an struchtúir cisealta micrea/nana, is féidir athlasadh a bhaineann le hionfhabhtú a chosc.Úsáidtear modhanna tréithrithe éagsúla lena n-áirítear tomhais SEM, AFM, XPS agus CA chun coinníollacha déantúsaíochta LOIS a bharrfheabhsú.Ina theannta sin, is féidir LOIS a chur i bhfeidhm freisin ar ábhair bhitheolaíocha éagsúla a úsáidtear go coitianta i dtrealamh fosaithe ortaipéideach, mar shampla PLGA, Ti, PE, POM agus PPSU.Ansin, rinneadh tástáil in vitro ar LOIS chun a n-airíonna frith-bhithfhalaithe a chruthú i gcoinne baictéir agus substaintí bitheolaíocha a bhaineann le freagairt imdhíonachta.Léiríonn na torthaí go bhfuil éifeachtaí antibacterial agus frith-bhithfholcadh den scoth aige i gcomparáid leis an ionchlannán lom.Ina theannta sin, léiríonn LOIS neart meicniúil fiú tar éis strus meicniúil a chur i bhfeidhm, rud nach féidir a sheachaint i máinliacht plaisteach.Mar gheall ar airíonna féin-leighis an bhealaithe ar dhromchla an struchtúir mhicrea/nana, d'éirigh le LOIS a n-airíonna salú frith-bhitheolaíocha a chothabháil.Chun staidéar a dhéanamh ar bith-chomhoiriúnacht agus airíonna antibacterial LOIS in vivo, ionchlannaíodh LOIS i femur coinín ar feadh 4 seachtaine.Níor tugadh faoi deara aon ionfhabhtú baictéarach i gcoiníní a ionchlannaíodh le LOIS.Ina theannta sin, léirigh úsáid IHC leibhéal laghdaithe freagairt imdhíonachta áitiúil, rud a thugann le fios nach gcuireann LOIS bac ar an bpróiseas cneasaithe cnámh.Léiríonn LOIS airíonna imghabhála antibacterial agus imdhíonachta den scoth, agus tá sé cruthaithe chun cosc ​​a chur go héifeachtach ar fhoirmiú bithscannán roimh agus le linn máinliacht ortaipéideach, go háirithe le haghaidh sintéise cnámh.Trí úsáid a bhaint as múnla briste femoral athlastach smeara coinín, rinneadh staidéar domhain ar éifeacht ionfhabhtuithe a bhaineann le bithscannán ar an bpróiseas cneasaithe cnámh a tharlódh ó ionchlannáin réamh-ghortha.Mar staidéar amach anseo, tá gá le múnla in vivo nua chun staidéar a dhéanamh ar ionfhabhtuithe féideartha tar éis ionchlannú chun ionfhabhtuithe a bhaineann le bithscannán a thuiscint agus a chosc le linn an phróisis cneasaithe ar fad.Ina theannta sin, tá osteoinduction fós ina dhúshlán gan réiteach i gcomhtháthú le LOIS.Tá gá le tuilleadh taighde chun greamaitheacht roghnaíoch cealla osteoinductive nó leigheas athghiniúnach a chomhcheangal le LOIS chun an dúshlán a shárú.Tríd is tríd, is ionann LOIS agus sciath ionchlannán ortaipéideach tuar dóchais inti a bhfuil stóinseacht mheicniúil aige agus airíonna frithbhithfhalaithe den scoth, ar féidir leo SSI agus fo-iarmhairtí imdhíonachta a laghdú.
Nigh an tsubstráit 15mm x 15mm x 1mm 304 SS (Dong Kang M-Tech Co., An Chóiré) in uisce aicéatón, EtOH agus DI ar feadh 15 nóiméad chun ábhar salaithe a bhaint.Chun struchtúr micrea / nana-leibhéil a fhoirmiú ar an dromchla, tumtar an tsubstráit glanta i dtuaslagán HF 48% go 51% (DUKSAN Corp., An Chóiré Theas) ag 50 ° C.Athraíonn an t-am eitseála ó 0 go 60 nóiméad.Ansin, glanadh an tsubstráit eitseáilte le huisce dí-ianaithe agus cuireadh i dtuaslagán 65% HNO3 (An Chóiré DUKSAN Corp.) ag 50 ° C ar feadh 30 nóiméad chun ciseal pasivation ocsaíd cróimiam a dhéanamh ar an dromchla.Tar éis pasivation, nitear an tsubstráit le huisce dí-ianaithe agus triomaítear é chun foshraith a fháil le struchtúr cisealta.Ansin, bhí an tsubstráit faoi lé plasma ocsaigine (100 W, 3 nóiméad), agus láithreach tumtha i dtuaslagán de 8.88 mM POTS (Sigma-Aldrich, an Ghearmáin) i tolúéin ag teocht an tseomra ar feadh 12 uair an chloig.Ansin, glanadh an tsubstráit atá brataithe le POTS le EtOH, agus annealaithe ag 150 ° C ar feadh 2 uair an chloig chun POTS SAM dlúth a fháil.Tar éis sciath SAM, foirmíodh ciseal bealaithe ar an tsubstráit trí bheal perfluoropolyether (Krytox 101; DuPont, SAM) a chur i bhfeidhm le toirt luchtaithe 20 μm/cm 2. Sula n-úsáidtear é, scag an bealaí trí scagaire 0.2 miocrón.Bain an bealadh barrachais trí chlaonadh ar uillinn 45° ar feadh 15 nóiméad.Baineadh úsáid as an nós imeachta déantúsaíochta céanna le haghaidh ionchlannáin ortaipéideacha déanta as 304 SS (pláta glasála agus scriú glasála cortical; Dong Kang M-Tech Co., An Chóiré).Tá gach ionchlannán ortaipéideach deartha chun céimseata an femur coinín a fheistiú.
Rinne SEM astaíochtaí allamuigh (Inspect F50, FEI, USA) agus AFM (XE-100, Park Systems, An Chóiré Theas) iniúchadh ar mhoirfeolaíocht dhromchla an tsubstráit agus na hionchlannáin ortaipéideacha.Déantar gairbhe an dromchla (Ra, Rq) a thomhas tríd an achar 20 μm a iolrú faoi 20 μm (n=4).Baineadh úsáid as córas XPS (PHI 5000 VersaProbe, ULVAC PHI, an tSeapáin) atá feistithe le foinse X-gha Al Kα le méid spot de 100μm2 chun anailís a dhéanamh ar chomhdhéanamh ceimiceach dromchla.Baineadh úsáid as córas tomhais CA atá feistithe le ceamara gabhála íomhá dinimiciúil (SmartDrop, FEMTOBIOMED, ​​​​An Chóiré Theas) chun CA agus SA leachtach a thomhas.I gcás gach tomhais, cuirtear 6 go 10 μl de bhraoiníní (uisce dí-ianaithe, fuil capall, EG, eatánól 30%, agus HD) ar an dromchla chun CA a thomhas.Nuair a mhéadaíonn uillinn claonta an tsubstráit ar luas 2°/s (n = 4), déantar an SA a thomhas nuair a thiteann an braoinín.
Ceannaíodh Pseudomonas aeruginosa [Bailiúchán Cultúir de Chineál Meiriceánach (ATCC) 27853] agus MRSA (ATCC 25923) ó ATCC (Manassas, Achadh an Iúir, SAM), agus coinníodh cultúr an stoic ag -80°C .Sula n-úsáidtear é, bhí an cultúr reoite gortha i brat pónaire soighe leáite trypsin (Komed, an Chóiré) ag 37 ° C ar feadh 18 uair an chloig agus ansin aistríodh faoi dhó é chun é a ghníomhachtú.Tar éis goir, lártheifneoiríodh an cultúr ag 10,000 rpm ar feadh 10 nóiméad ag 4 ° C agus nite faoi dhó le tuaslagán PBS (pH 7.3).Déantar an cultúr lártheifneoirithe a fhoshaothrú ansin ar phlátaí agair fola (BAP).Ullmhaíodh MRSA agus Pseudomonas aeruginosa thar oíche agus saothraíodh iad i brat Luria-Bertani.Chinneadh go cainníochtúil an tiúchan de Pseudomonas aeruginosa agus MRSA san inoculum ag CFU na fionraí i caoluithe sraitheach ar agar.Ansin, coigeartaigh an tiúchan baictéarach go 0.5 caighdeán McFarland, atá comhionann le 108 CFU/ml.Ansin caolaigh an fionraí baictéarach oibre 100 uair go 106 CFU/ml.Chun airíonna greamaitheachta antibacterial a thástáil, rinneadh an tsubstráit a steiriliú ag 121 ° C ar feadh 15 nóiméad roimh úsáid.Aistríodh an tsubstráit ansin go 25 ml d'fhionraí baictéarach agus goraíodh é ag 37°C le croitheadh ​​​​fuinniúil (200 rpm) ar feadh 12 agus 72 uair an chloig.Tar éis goir, baineadh gach substráit as an gorlann agus nite 3 huaire le PBS chun aon bhaictéir ar snámh ar an dromchla a bhaint.D'fhonn an biofilm ar an tsubstráit a urramú, socraíodh an biofilm le meatánól agus dhaite le 1 ml d'oráiste criimidín ar feadh 2 nóiméad.Ansin baineadh úsáid as micreascóp fluaraiseachta (BX51TR, Olympus, an tSeapáin) chun pictiúir a ghlacadh den bhithscannán daite.D'fhonn an biofilm ar an tsubstráit a chainníochtú, rinneadh na cealla ceangailte a scaradh ón tsubstráit leis an modh vortex bead, a measadh gurb é an modh is oiriúnaí chun baictéir ceangailte a bhaint (n = 4).Ag baint úsáide as forceps steiriúla, bain an tsubstráit as an meán fáis agus tapáil pláta an tobair chun an iomarca leacht a bhaint.Baineadh cealla a bhí ceangailte go scaoilte trí níochán faoi dhó le PBS steiriúla.Aistríodh gach tsubstráit ansin chuig feadán tástála steiriúil ina raibh 9 ml de saline ept próitéin 0.1% (PSW) agus 2 g de 20 go 25 coirníní gloine steiriúla (0.4 go 0.5 mm ar trastomhas).Cuireadh vortexed ansin ar feadh 3 nóiméad chun na cealla a bhaint den sampla.Tar éis vortexing, caolaíodh an fionraí go sraitheach 10-huaire le 0.1% PSW, agus ansin rinneadh 0.1 ml de gach caolú a ionaclú ar CGB.Tar éis 24 uair an chloig goir ag 37°C, rinneadh an CFU a chomhaireamh de láimh.
Maidir leis na cealla, baineadh úsáid as fibroblasts luiche NIH/3T3 (CRL-1658; American ATCC) agus macrophages luiche RAW 264.7 (TIB-71; American ATCC).Bain úsáid as meán Eagle modhnaithe Dulbecco (DMEM; LM001-05, Welgene, an Chóiré) chun fibroblasts luch a chothú agus a fhorlíonadh le serum lao 10% (S103-01, Welgene) agus 1% penicillin-streptomycin (PS; LS202-02, Welgene (Welgene) ). Goradh na cealla thar oíche ag 37 ° C agus 5% CO2 Le haghaidh staining cille, socraíodh na cealla le paraformaildéad 4% ar feadh 20 nóiméad agus cuireadh iad i 0.5% Triton X Incubate ar feadh 5 nóiméad i -100 ag 37°C ar feadh 30 nóiméad. Tar éis an phróisis goir, bain úsáid as an tsubstráit le 4′,6-diamino-2-phenylindole (H -1200, Vector Laboratories, UK) Meán fosaithe VECTASHIELD (n = 4 in aghaidh na cille). , fluorescein, fluorescein isothiocyanate-albumin (A9771, Sigma-Aldrich, an Ghearmáin) agus plasma daonna Díscaoileadh an fibrinogen Alexa Fluor 488-chomhchuingeach (F13191, Invitrogen, SAM) i PBS (10 mM, pH 7.4).Ba iad na comhchruinnithe albaimin agus fibrinogen ná 1 agus 150 μg/ml, faoi seach.Tar éis an tsubstráit Sula tumtar sa tuaslagán próitéine, sruthlaigh iad le PBS chun an dromchla a athhiodráitiú.Ansin tumtar na foshraitheanna go léir i bpláta sé thobar ina bhfuil an tuaslagán próitéine agus gor ag 37°C ar feadh 30 agus 90 nóiméad.Tar éis goir, baineadh an tsubstráit as an tuaslagán próitéine, nite go réidh le PBS 3 huaire, agus socraíodh é le paraformaildéad 4% (n = 4 do gach próitéin).Le haghaidh cailciam, clóiríd sóidiam (0.21 M) agus fosfáit photaisiam (3.77 mM) ) Tuaslagtha in uisce dí-ianaithe.Coigeartaíodh pH an tuaslagáin go 2.0 trí thuaslagán hidreaclóiríd (1M) a chur leis.Ansin tuaslagadh clóiríd chailciam (5.62 mM) sa tuaslagán.Trí 1M tris(hiodrocsaimeitil)-aimín a chur leis, déanann meatán pH an tuaslagáin a choigeartú go 7.4.Tumadh na foshraitheanna go léir i bpláta sé tobar a líonadh le tuaslagán fosfáit chailciam 1.5 × agus bain as an tuaslagán tar éis 30 nóiméad.Le haghaidh staining, 2 g Alizarin Red S (CI 58005) Measc le 100 ml d'uisce dí-ianaithe.Ansin, bain úsáid as hiodrocsaíd amóiniam 10% chun an pH a choigeartú go 4. Dathaigh an tsubstráit le tuaslagán Alizarin Red ar feadh 5 nóiméad, agus ansin croith an ró-ruaim agus an blot as.Tar éis an phróisis chroitheadh, bain an tsubstráit.Díhiodráitítear an t-ábhar, ansin tumtha in aicéatón ar feadh 5 nóiméad, ansin tumtha i dtuaslagán aicéatón-xiléin (1:1) ar feadh 5 nóiméad, agus ar deireadh nite le xiléin (n = 4).Úsáidtear micreascóp fluaraiseachta (Axio Imager) le lionsaí oibiachtúla ×10 agus ×20..íomhánna A2m, Zeiss, an Ghearmáin) gach foshraith.Baineadh úsáid as ImageJ/FIJI (https://imagej.nih.gov/ij/) chun sonraí greamaitheachta substaintí bitheolaíocha ar gach grúpa de cheithre réimse íomháithe éagsúla a chainníochtú.Tiontaigh gach íomhá go híomhánna dénártha le tairseacha seasta chun comparáid a dhéanamh leis an tsubstráit.
Baineadh úsáid as micreascóp comhfhócasach Zeiss LSM 700 chun monatóireacht a dhéanamh ar chobhsaíocht an chiseal bealaidh sa PBS i mód machnaimh.Tumadh an sampla gloine fluairín-brataithe SAM-bhunaithe le ciseal bealaithe instealladh i dtuaslagán PBS, agus tástáladh é ag baint úsáide as croitheoir fithiseach (SHO-1D; Daihan Scientific, An Chóiré Theas) faoi choinníollacha éadroma croitheadh ​​​​(120 rpm).Ansin tóg an sampla agus déan monatóireacht ar chaillteanas bealaí trí chaillteanas an tsolais fhrithchaite a thomhas.Chun íomhánna fluaraiseachta a fháil i mód machnaimh, nochtar an sampla do léasair 633 nm agus ansin bailítear é, mar go léireofar an solas ar ais ón sampla.Tomhaiseadh na samplaí ag eatraimh ama 0, 30, 60, agus 120 uair.
D'fhonn tionchar an phróisis um mhodhnú dromchla a chinneadh ar airíonna nanaomeicniúla ionchlannáin ortaipéideacha, baineadh úsáid as nanoindenter (TI 950 TriboIndenter, Hysitron, SAM) atá feistithe le tip Diamond Berkovich pirimid-chruthach trí-thaobh chun nanoindenedione a thomhas.Is é 10 mN an buaic-ualach agus is é 100μmx 100μm an limistéar.I gcás gach tomhais, is é 10 s an t-am luchtaithe agus díluchtaithe, agus is é 2 s an t-am sealbhaíochta faoi bhuaic-ualach eangaithe.Tóg tomhais ó chúig ionad éagsúla agus tóg an meán.D'fhonn an fheidhmíocht neart meicniúil faoi ualach a mheas, rinneadh tástáil lúbthachta trí phointe trasnaithe ag baint úsáide as meaisín tástála uilíoch (Instron 5966, Instron, USA).Comhbhrúitear an tsubstráit ar ráta tairiseach 10 N/s le hualach méadaithe.Baineadh úsáid as an gclár bogearraí Bluehill Universal (n = 3) chun an modúl flexural agus an strus uasta comhbhrúiteach a ríomh.
D'fhonn an próiseas oibríochta agus an damáiste meicniúil gaolmhar a rinneadh le linn na hoibríochta a insamhladh, rinneadh an próiseas oibríochta in vitro.Bailíodh na femurs ó choiníní bána na Nua-Shéalainne a cuireadh chun báis.Glanadh an femur agus socraíodh é i 4% paraformaildéad ar feadh seachtaine 1.Mar a thuairiscítear sa mhodh turgnamh ainmhithe, rinneadh an femur seasta a oibriú go máinliachta.Tar éis na hoibríochta, rinneadh an t-ionchlannán ortaipéideach a thumadh i fola (fuil capall, KISAN, an Chóiré) ar feadh 10 s chun a dhearbhú an ndearnadh greamaitheachtaí fola tar éis an díobháil mheicniúil a chur i bhfeidhm (n = 3).
Roinneadh iomlán de 24 coinín bán fireann na Nua-Shéalainne (meáchan 3.0 go 3.5kg, meán-aois 6 mhí) go randamach i gceithre ghrúpa: nude negative, nude positive, SHP agus LOIS.Rinneadh na nósanna imeachta go léir a bhaineann le hainmhithe i gcomhréir le caighdeáin eiticiúla an Choiste Institiúideach um Chúram agus Úsáid Ainmhithe (ceadaithe IACUC, KOREA-2017-0159).Is éard atá san ionchlannán ortaipéideach pláta glasála le cúig pholl (fad 41 mm, leithead 7 mm agus tiús 2 mm) agus scriúnna glasála cortical (fad 12 mm, trastomhas 2.7 mm) le haghaidh fosúchán briste.Seachas na plátaí agus na scriúnna sin a úsáidtear sa ghrúpa lom-diúltach, cuireadh na plátaí agus na scriúnna go léir i bhfionraí MRSA (106 CFU/ml) ar feadh 12 uair an chloig.Cóireáladh an grúpa nocht-diúltach (l=6) le hionchlannáin dromchla nochta gan nochtadh d’fhionraí baictéarach, mar rialú diúltach ar ionfhabhtú.Cóireáladh an grúpa lom deimhneach (n = 6) le hionchlannán dromchla lom nochta do bhaictéir mar rialú dearfach ar ionfhabhtú.Cuireadh cóireáil ar an ngrúpa SHP (n = 6) le hionchlannáin SHP nochta baictéarach.Ar deireadh, déileáladh leis an ngrúpa LOIS le hionchlannáin LOIS nochta baictéarach (n = 6).Coinnítear gach ainmhí i gcliabhán, agus cuirtear go leor bia agus uisce ar fáil.Roimh an oibríocht, bhí na coiníní troscadh ar feadh 12 uair an chloig.Rinneadh na hainmhithe a ainéistéisiú trí instealladh ionmhatánach xylazine (5mg/kg) agus instealladh infhéitheach paclitaxel (3mg/kg) le haghaidh ionduchtaithe.Tar éis sin, seachadadh 2% isoflurane agus 50% go 70% ocsaigin leighis (ráta sreafa 2 L/nim) tríd an gcóras riospráide chun ainéistéise a choinneáil.Déantar é a ionchlannú trí chur chuige díreach chuig an femur cliathánach.Tar éis an craiceann a bhaint agus a dhíghalrú povidone-iaidín, rinneadh incision thart ar 6 cm ar fad ar an taobh amuigh den fhéamúr lár chlé.Tríd an bhearna a oscailt idir na matáin a chlúdaíonn an femur, tá an femur nochta go hiomlán.Cuir an pláta os comhair an seafta femoral agus é a shocrú le ceithre scriúnna.Tar éis é a shocrú, bain úsáid as lann chonaic (1 mm tiubh) chun briste a chruthú go saorga sa limistéar idir an dara poll agus an ceathrú poll.Ag deireadh na hoibríochta, nite an fhoirceannadh le saline agus dúnta le comhuaimeanna.Instealladh subcutaneously do gach coinín le enrofloxacin (5 mg/kg) caolaithe aon trian i saline.Tógadh X-ghathanna iar-oibriúcháin an femur i ngach ainmhí (0, 7, 14, 21, 28, agus 42 lá) chun osteotomy an chnámh a dhearbhú.Tar éis ainéistéise domhain, maraíodh gach ainmhí le KCl infhéitheach (2 mmol/kg) ar 28 agus 42 lá.Tar éis é a fhorghníomhú, scanadh micrea-CT an femur chun an próiseas cneasaithe cnámh agus foirmiú cnámh nua idir na ceithre ghrúpa a bhreathnú agus a chur i gcomparáid.
Tar éis a fhorghníomhú, bailíodh na fíocháin bhoga a bhí i dteagmháil dhíreach leis na hionchlannáin ortaipéideacha.Socraíodh an fíochán i formalin maolánach 10% neodrach thar oíche agus ansin díhiodráitíodh é in EtOH.Bhí an fíochán díhiodráitithe leabaithe i pairifín agus rannán ag tiús 40 μm ag baint úsáide as microtome (400CS; EXAKT, an Ghearmáin).Chun an t-ionfhabhtú a shamhlú, rinneadh staining H&E agus staining MT.D'fhonn freagairt an óstaigh a sheiceáil, goraíodh an fíochán rannta le antashubstaint phríomhúil frith-TNF-α coinín (AB6671, Abcam, SAM) agus coinín frith-IL-6 (AB6672; Abcam, SAM), agus ansin cóireáilte le horseradish.Ocsaídáis.Cuir an córas staining casta avidin-biotin (ABC) i bhfeidhm ar na hailt de réir threoracha an mhonaróra.D'fhonn a bheith i láthair mar tháirge imoibriú donn, baineadh úsáid as 3,3-diaminobenzidine i ngach cuid.Baineadh úsáid as scanóir sleamhnáin digiteach (Panoramic 250 Flash III, 3DHISTECH, an Ungáir) chun na slisní go léir a léirshamhlú, agus rinne bogearraí ImageJ anailís ar cheithre fhoshraith ar a laghad i ngach grúpa.
Tógadh íomhánna X-gha i ngach ainmhí tar éis máinliachta agus gach seachtain chun monatóireacht a dhéanamh ar leigheas briste (n=6 in aghaidh an ghrúpa).Tar éis é a fhorghníomhú, baineadh úsáid as micrea-CT ardtaifigh chun foirmiú callus timpeall an femur a ríomh tar éis cneasaithe.Glanadh an femur a fuarthas, socraíodh é i 4% paraformaldehyde ar feadh 3 lá, agus díhiodráitíodh é in eatánól 75%.Rinneadh na cnámha díhiodráitithe a scanadh ansin trí úsáid a bhaint as micrea-CT (SkyScan 1173, Brooke Micro-CT, Kandy, an Bheilg) chun íomhánna voxel 3D (2240 ​​× 2240 picteilín) den sampla cnámh a ghiniúint.Úsáid scagaire Al 1.0 mm chun torann comhartha a laghdú agus ard-réiteach a chur i bhfeidhm ar gach scanadh (E = 133 kVp, I = 60 μA, am comhtháthú = 500 ms).Baineadh úsáid as bogearraí Nrecon (leagan 1.6.9.8, Bruker microCT, Kontich, an Bheilg) chun toirt 3D den sampla scanta a ghiniúint ón teilgean cliathánach 2D a fuarthas.Le haghaidh anailíse, roinntear an íomhá athdhéanta 3D i gciúbanna 10mm × 10mm × 10mm de réir an tsuímh briste.Ríomh an callas lasmuigh den chnámh cortical.Baineadh úsáid as bogearraí DataViewer (leagan 1.5.1.2; Bruker microCT, Kontich, an Bheilg) chun an toirt cnámh scanadh a atreorú go digiteach, agus úsáideadh bogearraí CT-Analyzer (leagan 1.14.4.1; Bruker microCT, Kontich, an Bheilg) le haghaidh anailíse.Déantar idirdhealú a dhéanamh ar na comhéifeachtaí ionsúcháin x-gha coibhneasta i gcnámh aibí agus callus ag a ndlús, agus ansin déantar toirt an callus a chainníochtú (n = 4).Chun a dhearbhú nach gcuireann bith-chomhoiriúnacht LOIS moill ar an bpróiseas cneasaithe cnámh, rinneadh anailís bhreise X-gha agus micrea-CT i dhá choiníní: na grúpaí naked-diúltach agus LOIS.Cuireadh an dá ghrúpa chun báis sa 6ú seachtain.
Bailíodh na femurs ó ainmhithe íobairt agus socraíodh iad i 4% paraformaildéad ar feadh 3 lá.Baintear an ionchlannán ortaipéideach as an femur go cúramach ansin.Díchalcaíodh an femur ar feadh 21 lá trí úsáid a bhaint as 0.5 M EDTA (EC-900, National Diagnostics Corporation).Ansin tumadh an femur dí-chalaíoch in EtOH chun é a dhíhiodráitiú.Baineadh an femur díhiodráitithe i xiléin agus leabaithe i pairifín.Ansin slisnithe an sampla le microtome rothlach uathoibríoch (Leica RM2255, Leica Biosystems, an Ghearmáin) le tiús 3 μm.Maidir le staining TRAP (F6760, Sigma-Aldrich, an Ghearmáin), rinneadh na samplaí altáilte a dhíphairifíniú, a athhiodráitiú agus a ghoradh in imoibrí TRAP ag 37 ° C ar feadh 1 uair an chloig.Fuarthas íomhánna trí úsáid a bhaint as scanóir sleamhnáin (Panoramic 250 Flash III, 3DHISTECH, an Ungáir) agus cainníochtaíodh iad trí chlúdach achair an limistéir dhaite a thomhas.I ngach turgnamh, rinne bogearraí ImageJ anailís ar cheithre fhoshraith ar a laghad i ngach grúpa.
Rinneadh anailís ar thábhacht staitistiúil trí úsáid a bhaint as GraphPad Prism (GraphPad Software Inc., USA).Baineadh úsáid as t-tástáil gan péire agus anailís aontreo ar athraithis (ANOVA) chun na difríochtaí idir na grúpaí meastóireachta a thástáil.Léirítear an leibhéal suntasachta san fhigiúr mar seo a leanas: *P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001 agus ****P<0.0001;NS, gan aon difríocht shuntasach.
Le haghaidh ábhar breise don alt seo, féach http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/44/eabb0025/DC1
Is airteagal rochtana oscailte é seo a dháiltear faoi théarmaí an Cheadúnais Creative Commons Attribution-Neamhthráchtála, a cheadaíonn úsáid, dáileadh agus atáirgeadh in aon mheán, chomh fada agus nach bhfuil an úsáid chun gnóthachan tráchtála agus is é an bunús atá leis an mbunleagan. Tá an obair ceart.Tagairt.
Nóta: Ní iarraimid ort ach seoladh ríomhphoist a sholáthar ionas go mbeidh a fhios ag an duine a mholann tú ar an leathanach gur mian leat go bhfeicfeadh siad an ríomhphost agus nach turscar é an ríomhphost.Ní ghlacfaimid aon seoltaí ríomhphoist.
Úsáidtear an cheist seo chun tástáil a dhéanamh an bhfuil tú i do chuairteoir daonna agus chun aighneachtaí turscair uathoibríocha a chosc.
Choe Kyung Min, Ó 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
Is féidir le bratuithe éalaithe antibacterial agus imdhíonachta na n-ionchlannán ortaipéideach ionfhabhtuithe agus freagairtí imdhíonachta de bharr ionfhabhtuithe a laghdú.
Choe Kyung Min, Ó 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
Is féidir le bratuithe éalaithe antibacterial agus imdhíonachta na n-ionchlannán ortaipéideach ionfhabhtuithe agus freagairtí imdhíonachta de bharr ionfhabhtuithe a laghdú.
©2021 Cumann Meiriceánach um Chur Chun Cinn na hEolaíochta.gach ceart ar cosaint.Tá AAAS ina chomhpháirtí de HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef agus COUNTER.EolaíochtAdvances ISSN 2375-2548.