ઓર્થોપેડિક ઇમ્પ્લાન્ટ સર્જરી કરાવતા દર્દીઓ માટે, બેક્ટેરિયલ ચેપ અને ચેપ-પ્રેરિત રોગપ્રતિકારક પ્રતિભાવો હંમેશા જીવલેણ જોખમો રહ્યા છે.પરંપરાગત જૈવિક સામગ્રી જૈવિક દૂષણ માટે સંવેદનશીલ હોય છે, જેના કારણે બેક્ટેરિયા ઇજાગ્રસ્ત વિસ્તાર પર આક્રમણ કરે છે અને પોસ્ટઓપરેટિવ ચેપનું કારણ બને છે.તેથી, ઓર્થોપેડિક પ્રત્યારોપણ માટે એન્ટિ-ઇન્ફેક્શન અને રોગપ્રતિકારક એસ્કેપ કોટિંગ્સ વિકસાવવાની તાત્કાલિક જરૂર છે.અહીં, અમે લ્યુબ્રિકેટેડ ઓર્થોપેડિક ઇમ્પ્લાન્ટ સરફેસ (LOIS) નામના ઓર્થોપેડિક ઇમ્પ્લાન્ટ્સ માટે અદ્યતન સપાટી સુધારણા તકનીક વિકસાવી છે, જે પિચર પ્લાન્ટ પિચર્સની સરળ સપાટીથી પ્રેરિત છે.LOIS વિવિધ પ્રકારના પ્રવાહી અને જૈવિક પદાર્થો (કોષો, પ્રોટીન, કેલ્શિયમ અને બેક્ટેરિયા સહિત) માટે લાંબા સમય સુધી ટકી રહેલ અને મજબૂત લિક્વિડ રિપેલન્સી ધરાવે છે.વધુમાં, અમે ઇન વિટ્રો સર્જરી દરમિયાન અનિવાર્ય નુકસાનનું અનુકરણ કરીને સ્ક્રેચ અને ફિક્સિંગ ફોર્સ સામે યાંત્રિક ટકાઉપણાની પુષ્ટિ કરી છે.રેબિટ બોન મેરો ઇન્ફ્લેમેટરી ફેમોરલ ફ્રેક્ચર મોડલનો ઉપયોગ LOIS ની એન્ટિ-જૈવિક સ્કેલિંગ અને એન્ટિ-ઇન્ફેક્શન ક્ષમતાનો સંપૂર્ણ અભ્યાસ કરવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો.અમે કલ્પના કરીએ છીએ કે LOIS, જેમાં એન્ટિ-બાયોફાઉલિંગ ગુણધર્મો અને યાંત્રિક ટકાઉપણું છે, તે ચેપ-મુક્ત ઓર્થોપેડિક સર્જરીમાં એક પગલું આગળ છે.
આજે, એકંદરે વૃદ્ધત્વને લીધે, ઓર્થોપેડિક રોગો (જેમ કે વૃદ્ધ અસ્થિભંગ, ડીજનરેટિવ સંયુક્ત રોગો અને ઓસ્ટીયોપોરોસિસ) થી પીડિત દર્દીઓની સંખ્યામાં ઘણો વધારો થયો છે (1, 2).તેથી, તબીબી સંસ્થાઓ ઓર્થોપેડિક સર્જરીને ખૂબ મહત્વ આપે છે, જેમાં સ્ક્રૂ, પ્લેટ્સ, નખ અને કૃત્રિમ સાંધાના ઓર્થોપેડિક પ્રત્યારોપણનો સમાવેશ થાય છે (3, 4).જો કે, પરંપરાગત ઓર્થોપેડિક પ્રત્યારોપણ બેક્ટેરિયલ સંલગ્નતા અને બાયોફિલ્મ રચના માટે સંવેદનશીલ હોવાનું નોંધવામાં આવ્યું છે, જે સર્જરી પછી સર્જિકલ સાઇટ ચેપ (SSI) નું કારણ બની શકે છે (5, 6).એકવાર ઓર્થોપેડિક ઈમ્પ્લાન્ટની સપાટી પર બાયોફિલ્મ બની જાય, પછી એન્ટિબાયોટિક્સના મોટા ડોઝના ઉપયોગ સાથે પણ બાયોફિલ્મને દૂર કરવી અત્યંત મુશ્કેલ બની જાય છે.તેથી, તે સામાન્ય રીતે ગંભીર પોસ્ટઓપરેટિવ ચેપ તરફ દોરી જાય છે (7, 8).ઉપરોક્ત સમસ્યાઓને લીધે, ચેપગ્રસ્ત પ્રત્યારોપણની સારવારમાં તમામ પ્રત્યારોપણ અને આસપાસના પેશીઓને દૂર કરવા સહિત પુનઃઓપરેશનનો સમાવેશ થવો જોઈએ;તેથી, દર્દી ગંભીર પીડા અને કેટલાક જોખમો સહન કરશે (9, 10).
આમાંની કેટલીક સમસ્યાઓને ઉકેલવા માટે, સપાટી પર જોડાયેલા બેક્ટેરિયાને દૂર કરીને ચેપને રોકવા માટે ડ્રગ-એલ્યુટિંગ ઓર્થોપેડિક પ્રત્યારોપણ વિકસાવવામાં આવ્યા છે (11, 12).જો કે, વ્યૂહરચના હજુ પણ ઘણી મર્યાદાઓ દર્શાવે છે.એવું નોંધવામાં આવ્યું છે કે ડ્રગ-એલ્યુટીંગ ઇમ્પ્લાન્ટ્સના લાંબા ગાળાના આરોપણથી આસપાસના પેશીઓને નુકસાન થયું છે અને બળતરા થાય છે, જે નેક્રોસિસ (13, 14) તરફ દોરી શકે છે.વધુમાં, ઓર્ગેનિક સોલવન્ટ કે જે ડ્રગ-એલ્યુટીંગ ઓર્થોપેડિક ઈમ્પ્લાન્ટની ઉત્પાદન પ્રક્રિયા પછી અસ્તિત્વમાં હોઈ શકે છે, જે યુએસ ફૂડ એન્ડ ડ્રગ એડમિનિસ્ટ્રેશન દ્વારા સખત રીતે પ્રતિબંધિત છે, તેના ધોરણોને પૂર્ણ કરવા માટે વધારાના શુદ્ધિકરણ પગલાંની જરૂર છે (15).ડ્રગ-એલ્યુટીંગ પ્રત્યારોપણ દવાઓના નિયંત્રિત પ્રકાશન માટે પડકારરૂપ છે, અને તેમના મર્યાદિત ડ્રગ લોડિંગને કારણે, દવાનો લાંબા ગાળાનો ઉપયોગ શક્ય નથી (16).
બીજી સામાન્ય વ્યૂહરચના એ છે કે જૈવિક દ્રવ્ય અને બેક્ટેરિયાને સપાટી પર વળગી રહેવાથી અટકાવવા માટે એન્ટિફાઉલિંગ પોલિમર સાથે ઇમ્પ્લાન્ટને કોટ કરવું (17).ઉદાહરણ તરીકે, જ્યારે પ્લાઝ્મા પ્રોટીન, કોષો અને બેક્ટેરિયાના સંપર્કમાં હોય ત્યારે ઝ્વિટેરિયોનિક પોલિમર તેમના બિન-એડહેસિવ ગુણધર્મોને કારણે ધ્યાન આકર્ષિત કરે છે.જો કે, તેમાં લાંબા ગાળાની સ્થિરતા અને યાંત્રિક ટકાઉપણું સંબંધિત કેટલીક મર્યાદાઓ છે, જે ઓર્થોપેડિક પ્રત્યારોપણમાં તેની વ્યવહારિક એપ્લિકેશનને અવરોધે છે, ખાસ કરીને સર્જિકલ પ્રક્રિયાઓ દરમિયાન યાંત્રિક સ્ક્રેપિંગને કારણે (18, 19).વધુમાં, તેની ઉચ્ચ બાયોકોમ્પેટિબિલિટી, દૂર કરવાની શસ્ત્રક્રિયાની જરૂરિયાતની અછત અને કાટ દ્વારા સપાટીની સફાઈના ગુણધર્મોને લીધે, બાયોડિગ્રેડેબલ સામગ્રીમાંથી બનેલા ઓર્થોપેડિક પ્રત્યારોપણનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે (20, 21).કાટ દરમિયાન, પોલિમર મેટ્રિક્સ વચ્ચેના રાસાયણિક બોન્ડ તૂટી જાય છે અને સપાટીથી અલગ પડે છે, અને અનુયાયીઓ સપાટીને સાફ કરે છે.જો કે, સપાટીની સફાઈ દ્વારા એન્ટિ જૈવિક ફાઉલિંગ ટૂંકા ગાળામાં અસરકારક છે.વધુમાં, પોલી(લેક્ટિક એસિડ-ગ્લાયકોલિક એસિડ કોપોલિમર) (PLGA), પોલિલેક્ટિક એસિડ (PLA) અને મેગ્નેશિયમ આધારિત એલોય સહિતની મોટાભાગની શોષી શકાય તેવી સામગ્રી શરીરમાં અસમાન બાયોડિગ્રેડેશન અને ધોવાણમાંથી પસાર થશે, જે યાંત્રિક સ્થિરતાને નકારાત્મક અસર કરશે.(બાવીસ).આ ઉપરાંત, બાયોડિગ્રેડેબલ પ્લેટના ટુકડાઓ બેક્ટેરિયાને જોડવા માટે જગ્યા પૂરી પાડે છે, જે લાંબા ગાળે ચેપની શક્યતા વધારે છે.યાંત્રિક અધોગતિ અને ચેપનું આ જોખમ પ્લાસ્ટિક સર્જરીના વ્યવહારિક ઉપયોગને મર્યાદિત કરે છે (23).
સુપરહાઈડ્રોફોબિક (SHP) સપાટીઓ કે જે કમળના પાંદડાઓની અધિક્રમિક રચનાની નકલ કરે છે તે એન્ટિ-ફાઉલિંગ સપાટીઓ માટે સંભવિત ઉકેલ બની ગઈ છે (24, 25).જ્યારે SHP સપાટી પ્રવાહીમાં ડૂબી જાય છે, ત્યારે હવાના પરપોટા ફસાઈ જાય છે, જેનાથી હવાના ખિસ્સા બને છે અને બેક્ટેરિયલ સંલગ્નતા અટકાવે છે (26).જો કે, તાજેતરના અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે SHP સપાટીમાં યાંત્રિક ટકાઉપણું અને લાંબા ગાળાની સ્થિરતા સંબંધિત ગેરફાયદા છે, જે તબીબી પ્રત્યારોપણમાં તેની અરજીને અવરોધે છે.તદુપરાંત, હવાના ખિસ્સા ઓગળી જશે અને તેમની ફાઉલિંગ વિરોધી ગુણધર્મો ગુમાવશે, આમ SHP સપાટી (27, 28) ના મોટા સપાટી વિસ્તારને કારણે બેક્ટેરિયલ સંલગ્નતામાં પરિણમે છે.તાજેતરમાં, આઇઝેનબર્ગ અને સહકર્મીઓએ નેપેન્થેસ પિચર પ્લાન્ટ (29, 30) દ્વારા પ્રેરિત એક સરળ સપાટી વિકસાવીને એન્ટિ-બાયોફાઉલિંગ સપાટી કોટિંગની નવીન પદ્ધતિ રજૂ કરી.સરળ સપાટી હાઇડ્રોલિક પરિસ્થિતિઓમાં લાંબા ગાળાની સ્થિરતા દર્શાવે છે, જૈવિક પ્રવાહી માટે અત્યંત પ્રવાહી જીવડાં છે, અને સ્વ-રિપેરિંગ ગુણધર્મો ધરાવે છે.જો કે, જટિલ આકારના તબીબી પ્રત્યારોપણ પર કોટિંગ લાગુ કરવાની ન તો કોઈ પદ્ધતિ છે, ન તો તે ઈમ્પ્લાન્ટેશન પછી ક્ષતિગ્રસ્ત પેશીઓની હીલિંગ પ્રક્રિયાને સમર્થન આપતી સાબિત થઈ છે.
અહીં, અમે લુબ્રિકેટેડ ઓર્થોપેડિક ઇમ્પ્લાન્ટ સરફેસ (LOIS), માઇક્રો/નેનો-સ્ટ્રક્ચર્ડ ઓર્થોપેડિક ઇમ્પ્લાન્ટ સરફેસ રજૂ કરીએ છીએ અને તેને પ્લાસ્ટિક સર્જરી બેક્ટેરિયલ ઇન્ફેક્શન જેમ કે ફ્રેક્ચર ફિક્સેશન સાથે સંકળાયેલા અટકાવવા માટે પાતળા લ્યુબ્રિકન્ટ લેયર સાથે ચુસ્તપણે જોડીએ છીએ.કારણ કે ફ્લોરિન-ફંક્શનલાઇઝ્ડ માઇક્રો/નેનો-લેવલ સ્ટ્રક્ચર સ્ટ્રક્ચર પર લ્યુબ્રિકન્ટને નિશ્ચિતપણે ઠીક કરે છે, વિકસિત LOIS વિવિધ પ્રવાહીના સંલગ્નતાને સંપૂર્ણપણે દૂર કરી શકે છે અને લાંબા સમય સુધી એન્ટિ-ફાઉલિંગ કામગીરી જાળવી શકે છે.LOIS કોટિંગ્સ અસ્થિ સંશ્લેષણ માટે બનાવાયેલ વિવિધ આકારોની સામગ્રી પર લાગુ કરી શકાય છે.બાયોફિલ્મ બેક્ટેરિયા [સ્યુડોમોનાસ એરુગિનોસા અને મેથિસિલિન-પ્રતિરોધક સ્ટેફાયલોકોકસ ઓરિયસ (એમઆરએસએ)] અને જૈવિક પદાર્થો (કોષો, પ્રોટીન અને કેલ્શિયમ) સામે LOIS ના ઉત્તમ એન્ટિ-બાયોફાઉલિંગ ગુણધર્મોની વિટ્રોમાં પુષ્ટિ કરવામાં આવી છે.સબસ્ટ્રેટને વ્યાપક સંલગ્નતાનો સંલગ્નતા દર 1% કરતા ઓછો છે.વધુમાં, સપાટી પર ખંજવાળ જેવા યાંત્રિક તાણ પછી પણ, પેનિટ્રેટિંગ લુબ્રિકન્ટને કારણે સ્વ-હીલિંગ તેના એન્ટિ-ફાઉલિંગ ગુણધર્મોને જાળવી રાખવામાં મદદ કરે છે.યાંત્રિક ટકાઉપણું પરીક્ષણ પરિણામો દર્શાવે છે કે માળખાકીય અને રાસાયણિક ફેરફાર પછી પણ, કુલ તાકાત નોંધપાત્ર રીતે ઘટશે નહીં.વધુમાં, એક ઇન વિટ્રો પ્રયોગ કે જે સર્જીકલ વાતાવરણમાં યાંત્રિક તણાવનું અનુકરણ કરે છે તે સાબિત કરવા માટે હાથ ધરવામાં આવ્યો હતો કે LOIS પ્લાસ્ટિક સર્જરી દરમિયાન થતા વિવિધ યાંત્રિક તાણનો સામનો કરી શકે છે.છેલ્લે, અમે વિવો ફેમોરલ ફ્રેક્ચર મોડેલમાં સસલા આધારિત ઉપયોગ કર્યો, જેણે સાબિત કર્યું કે LOISમાં શ્રેષ્ઠ એન્ટીબેક્ટેરિયલ ગુણધર્મો અને જૈવ સુસંગતતા છે.રેડિયોલોજિકલ અને હિસ્ટોલોજીકલ પરિણામોએ પુષ્ટિ કરી છે કે ઇમ્પ્લાન્ટેશન પછી 4 અઠવાડિયાની અંદર સ્થિર લ્યુબ્રિકન્ટ વર્તન અને એન્ટિ-બાયોફાઉલિંગ ગુણધર્મો હાડકાની હીલિંગ પ્રક્રિયામાં વિલંબ કર્યા વિના અસરકારક એન્ટિ-ઇન્ફેક્શન અને રોગપ્રતિકારક એસ્કેપ કામગીરી પ્રાપ્ત કરી શકે છે.
આકૃતિ 1A વિકસિત LOIS ની યોજનાકીય રેખાકૃતિ દર્શાવે છે, જે તેના ઉત્તમ એન્ટિ-જૈવિક ફાઉલિંગ અને એન્ટિ-ઇન્ફેક્શન ગુણધર્મોની પુષ્ટિ કરવા માટે રેબિટ ફેમોરલ ફ્રેક્ચર મોડેલમાં માઇક્રો/નેનો-સ્કેલ સ્ટ્રક્ચર્સ સાથે રોપવામાં આવે છે.પાણીના વાસણના છોડની સપાટીનું અનુકરણ કરવા અને સપાટીના સૂક્ષ્મ/નેનો સ્ટ્રક્ચરમાં લુબ્રિકન્ટ સ્તરનો સમાવેશ કરીને બાયોફાઉલિંગને રોકવા માટે બાયોમિમેટિક પદ્ધતિ હાથ ધરવામાં આવે છે.લુબ્રિકન્ટ સાથે ઇન્જેક્ટ કરાયેલ સપાટી જૈવિક પદાર્થો અને સપાટી વચ્ચેના સંપર્કને ઘટાડી શકે છે.તેથી, સપાટી પર સ્થિર રાસાયણિક બોન્ડની રચનાને કારણે, તે ઉત્તમ એન્ટિફાઉલિંગ કામગીરી અને લાંબા ગાળાની સ્થિરતા ધરાવે છે.પરિણામે, લુબ્રિકેટિંગ સપાટીના એન્ટિ-બાયોફાઉલિંગ ગુણધર્મો બાયોમેડિકલ સંશોધનમાં વિવિધ વ્યવહારુ કાર્યક્રમોને મંજૂરી આપે છે.જો કે, આ વિશેષ સપાટી શરીરમાં કેવી રીતે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે તેના પર વ્યાપક સંશોધન હજુ સુધી પૂર્ણ થયું નથી.આલ્બ્યુમિન અને બાયોફિલ્મ બેક્ટેરિયાનો ઉપયોગ કરીને વિટ્રોમાં નગ્ન સબસ્ટ્રેટ સાથે LOIS ની સરખામણી કરીને, LOIS ની બિન-એડહેસિવનેસની પુષ્ટિ કરી શકાય છે (આકૃતિ 1B).વધુમાં, ઝુકાવેલું એકદમ સબસ્ટ્રેટ અને LOIS સબસ્ટ્રેટ (આકૃતિ S1 અને મૂવી S1) પર પાણીના ટીપાંને ફેરવીને, જૈવિક દૂષણની કામગીરી દર્શાવી શકાય છે.ફ્લોરોસેન્સ માઈક્રોસ્કોપ ઈમેજમાં બતાવ્યા પ્રમાણે, પ્રોટીન અને બેક્ટેરિયાના સસ્પેન્શનમાં ઉકાળેલા ખુલ્લા સબસ્ટ્રેટે સપાટી પર મોટી માત્રામાં જૈવિક સામગ્રીને વળગી રહેલ દર્શાવ્યું હતું.જો કે, તેના ઉત્કૃષ્ટ એન્ટિ-બાયોફાઉલિંગ ગુણધર્મોને લીધે, LOIS ભાગ્યે જ કોઈ ફ્લોરોસેન્સ દર્શાવે છે.તેના એન્ટિ-બાયોફાઉલિંગ અને એન્ટિ-ઇન્ફેક્શન ગુણધર્મોની પુષ્ટિ કરવા માટે, LOIS ને અસ્થિ સંશ્લેષણ (પ્લેટ અને સ્ક્રૂ) માટે ઓર્થોપેડિક પ્રત્યારોપણની સપાટી પર લાગુ કરવામાં આવ્યું હતું અને તેને રેબિટ ફ્રેક્ચર મોડેલમાં મૂકવામાં આવ્યું હતું.ઇમ્પ્લાન્ટેશન પહેલાં, નગ્ન ઓર્થોપેડિક ઇમ્પ્લાન્ટ અને LOIS ને 12 કલાક માટે બેક્ટેરિયલ સસ્પેન્શનમાં ઉકાળવામાં આવ્યા હતા.પ્રી-ઇક્યુબેશન એ સુનિશ્ચિત કરે છે કે સરખામણી માટે ખુલ્લા ઇમ્પ્લાન્ટની સપાટી પર બાયોફિલ્મ રચાય છે.આકૃતિ 1C ઇમ્પ્લાન્ટેશનના 4 અઠવાડિયા પછી ફ્રેક્ચર સાઇટનો ફોટો બતાવે છે.ડાબી બાજુએ, એકદમ ઓર્થોપેડિક ઇમ્પ્લાન્ટ સાથેના સસલાએ ઇમ્પ્લાન્ટની સપાટી પર બાયોફિલ્મની રચનાને કારણે બળતરાનું ગંભીર સ્તર દર્શાવ્યું હતું.LOIS સાથે રોપાયેલા સસલામાં વિપરીત પરિણામ જોવા મળ્યું હતું, એટલે કે, LOIS ની આસપાસની પેશીઓમાં ચેપના ચિહ્નો કે બળતરાના ચિહ્નો દેખાતા નથી.વધુમાં, ડાબી બાજુની ઓપ્ટિકલ ઈમેજ ખુલ્લી ઈમ્પ્લાન્ટ સાથે સસલાની સર્જિકલ જગ્યા સૂચવે છે, જે દર્શાવે છે કે LOIS ની સપાટી પર ખુલ્લા ઈમ્પ્લાન્ટની સપાટી પર હાજર કોઈ બહુવિધ એડહેસિવ જોવા મળ્યા નથી.આ દર્શાવે છે કે LOIS લાંબા ગાળાની સ્થિરતા ધરાવે છે અને તેની એન્ટિ-જૈવિક ફાઉલિંગ અને એન્ટિ-એડેશન ગુણધર્મો જાળવી રાખવાની ક્ષમતા ધરાવે છે.
(A) સસલાના ફેમોરલ ફ્રેક્ચર મોડેલમાં LOIS નું યોજનાકીય આકૃતિ અને તેનું પ્રત્યારોપણ.(B) એકદમ સપાટી અને LOIS સબસ્ટ્રેટ પર પ્રોટીન અને બેક્ટેરિયલ બાયોફિલ્મની ફ્લોરોસેન્સ માઇક્રોસ્કોપી છબી.ઇમ્પ્લાન્ટેશનના 4 અઠવાડિયા પછી, (C) અસ્થિભંગ સ્થળની ફોટોગ્રાફિક છબી અને (D) એક એક્સ-રે છબી (લાલ લંબચોરસ દ્વારા પ્રકાશિત).છબી સૌજન્ય: Kyomin Chae, Yonsei યુનિવર્સિટી.
વંધ્યીકૃત, ખુલ્લા નકારાત્મક રીતે રોપાયેલા સસલાંઓએ બળતરા અથવા ચેપના કોઈપણ ચિહ્નો વિના હાડકાની સામાન્ય ઉપચાર પ્રક્રિયા દર્શાવી હતી.બીજી તરફ, બેક્ટેરિયલ સસ્પેન્શનમાં પ્રી-ઇન્ક્યુબેટેડ SHP પ્રત્યારોપણ આસપાસના પેશીઓ પર ચેપ-સંબંધિત બળતરા દર્શાવે છે.લાંબા સમય સુધી બેક્ટેરિયાના સંલગ્નતાને રોકવામાં તેની અસમર્થતાને આભારી હોઈ શકે છે (આકૃતિ S2).એ સાબિત કરવા માટે કે LOIS હીલિંગ પ્રક્રિયાને અસર કરતું નથી, પરંતુ ઇમ્પ્લાન્ટેશન સંબંધિત સંભવિત ચેપને અટકાવે છે, ફ્રેક્ચર સાઇટ પર એક્સ-રે પોઝિટિવ મેટ્રિક્સ અને LOISની એક્સ-રે છબીઓની સરખામણી કરવામાં આવી હતી (આકૃતિ 1D).એકદમ પોઝિટિવ ઈમ્પ્લાન્ટની એક્સ-રે ઈમેજમાં સતત ઓસ્ટિઓલિસિસ લાઈનો જોવા મળી હતી, જે દર્શાવે છે કે હાડકા સંપૂર્ણપણે સાજા થયા નથી.આ સૂચવે છે કે ચેપ-સંબંધિત બળતરાને કારણે અસ્થિ પુનઃપ્રાપ્તિ પ્રક્રિયામાં ઘણો વિલંબ થઈ શકે છે.તેનાથી વિપરિત, તે દર્શાવે છે કે LOIS સાથે રોપાયેલા સસલાં સાજા થઈ ગયા હતા અને કોઈ સ્પષ્ટ અસ્થિભંગની જગ્યા દર્શાવતા ન હતા.
લાંબા ગાળાની સ્થિરતા અને કાર્યક્ષમતા (બાયોફાઉલિંગ સામે પ્રતિકાર સહિત) સાથે તબીબી પ્રત્યારોપણ વિકસાવવા માટે ઘણા પ્રયત્નો કરવામાં આવ્યા છે.જો કે, વિવિધ જૈવિક પદાર્થોની હાજરી અને પેશી સંલગ્નતાની ગતિશીલતા તેમની તબીબી રીતે વિશ્વસનીય પદ્ધતિઓના વિકાસને મર્યાદિત કરે છે.આ ખામીઓને દૂર કરવા માટે, અમે માઈક્રો/નેનો લેયર્ડ માળખું અને રાસાયણિક રીતે સુધારેલી સપાટી વિકસાવી છે, જે ઉચ્ચ કેશિલરી બળ અને રાસાયણિક જોડાણને કારણે મહત્તમ હદ સુધી સરળ લ્યુબ્રિકન્ટ રાખવા માટે ઑપ્ટિમાઇઝ કરવામાં આવી છે.આકૃતિ 2A LOIS ની એકંદર ઉત્પાદન પ્રક્રિયા દર્શાવે છે.પ્રથમ, મેડિકલ ગ્રેડ સ્ટેનલેસ સ્ટીલ (SS) 304 સબસ્ટ્રેટ તૈયાર કરો.બીજું, SS સબસ્ટ્રેટ પર હાઇડ્રોફ્લોરિક એસિડ (HF) સોલ્યુશનનો ઉપયોગ કરીને રાસાયણિક ઇચિંગ દ્વારા માઇક્રો/નેનો માળખું રચાય છે.SS ના કાટ પ્રતિકારને પુનઃસ્થાપિત કરવા માટે, નાઈટ્રિક એસિડ (HNO3) સોલ્યુશન (31) નો ઉપયોગ કોતરેલા સબસ્ટ્રેટ પર પ્રક્રિયા કરવા માટે થાય છે.પેસિવેશન SS સબસ્ટ્રેટના કાટ પ્રતિકારને વધારે છે અને કાટ પ્રક્રિયાને નોંધપાત્ર રીતે ધીમી કરે છે જે LOIS ની એકંદર કામગીરીને ઘટાડી શકે છે.તે પછી, 1H, 1H, 2H, 2H-પરફ્લુરોઓક્ટિલટ્રિથોક્સિલેન (POTS) સાથે સ્વ-એસેમ્બલ મોનોલેયર (SAM) ની રચના કરીને, સપાટી અને સરળ લ્યુબ્રિકન્ટ એફિનિટી વચ્ચે રાસાયણિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને સુધારવા માટે સપાટીને રાસાયણિક રીતે સંશોધિત કરવામાં આવે છે.સપાટીમાં ફેરફાર કરવાથી ફેબ્રિકેટેડ માઇક્રો/નેનો-સ્કેલ સ્ટ્રક્ચર્ડ સપાટીની સપાટીની ઊર્જામાં નોંધપાત્ર ઘટાડો થાય છે, જે સ્મૂથ લુબ્રિકન્ટની સપાટીની ઊર્જા સાથે મેળ ખાય છે.આ લુબ્રિકન્ટને સંપૂર્ણપણે ભીનું થવા દે છે, જેનાથી સપાટી પર સ્થિર લુબ્રિકન્ટ સ્તર બને છે.સંશોધિત સપાટી ઉન્નત હાઇડ્રોફોબિસિટી દર્શાવે છે.પરિણામો દર્શાવે છે કે સૂક્ષ્મ/નેનો સ્ટ્રક્ચર (32, 33) ને કારણે ઉચ્ચ રાસાયણિક જોડાણ અને કેશિલરી બળને કારણે લપસણો લુબ્રિકન્ટ LOIS પર સ્થિર વર્તન દર્શાવે છે.સપાટી ફેરફાર અને લ્યુબ્રિકન્ટ ઇન્જેક્શન પછી SS ની સપાટી પરના ઓપ્ટિકલ ફેરફારોનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો.સપાટી પર રચાયેલ સૂક્ષ્મ/નેનો સ્તરીય માળખું દ્રશ્ય ફેરફારોનું કારણ બની શકે છે અને સપાટીને ઘાટી બનાવી શકે છે.આ ઘટના ખરબચડી સપાટી પર ઉન્નત પ્રકાશ સ્કેટરિંગ અસરને આભારી છે, જે લાઇટ ટ્રેપિંગ મિકેનિઝમ (34) ને કારણે ફેલાયેલા પ્રતિબિંબને વધારે છે.વધુમાં, લુબ્રિકન્ટને ઇન્જેક્ટ કર્યા પછી, LOIS ઘાટા બને છે.લુબ્રિકેટિંગ લેયર સબસ્ટ્રેટમાંથી ઓછા પ્રકાશને પ્રતિબિંબિત કરે છે, જેનાથી LOIS અંધારું થાય છે.માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર/નેનોસ્ટ્રક્ચરને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે સૌથી નાનો સ્લાઇડિંગ એંગલ (SA) બતાવવા માટે એન્ટી-બાયોફાઉલિંગ કામગીરી હાંસલ કરવા માટે, સ્કેનિંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી (SEM) અને અણુ જોડીનો ઉપયોગ વિવિધ HF એચિંગ સમય (0, 3) કરવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો., 15 અને 60 મિનિટ) ફોર્સ માઇક્રોસ્કોપ (AFM) (આકૃતિ 2B).SEM અને AFM ઈમેજીસ દર્શાવે છે કે એચીંગના થોડા સમય પછી (3 મિનિટ ઈચીંગ), એકદમ સબસ્ટ્રેટ અસમાન નેનો-સ્કેલ રફનેસ બનાવે છે.કોતરણીના સમય (આકૃતિ S3) સાથે સપાટીની ખરબચડી બદલાય છે.સમય-વિવિધ વળાંક દર્શાવે છે કે સપાટીની ખરબચડી સતત વધતી જાય છે અને 15 મિનિટે એચિંગની ટોચે પહોંચે છે અને પછી 30 મિનિટની એચીંગ વખતે ખરબચડી મૂલ્યમાં થોડો ઘટાડો જોવા મળે છે.આ બિંદુએ, નેનો-સ્તરની ખરબચડી દૂર કરવામાં આવે છે, જ્યારે માઇક્રો-લેવલની ખરબચડી જોરશોરથી વિકસે છે, જે રફનેસ ફેરફારને વધુ સ્થિર બનાવે છે.30 મિનિટથી વધુ સમય સુધી એચીંગ કર્યા પછી, ખરબચડીમાં વધુ વધારો જોવા મળે છે, જે નીચે પ્રમાણે વિગતવાર સમજાવવામાં આવે છે: SS સ્ટીલથી બનેલું છે, જે લોખંડ, ક્રોમિયમ, નિકલ, મોલીબડેનમ અને અન્ય ઘણા તત્વો સહિતના તત્વોથી બનેલું છે.આ તત્વોમાં, આયર્ન, ક્રોમિયમ અને મોલીબ્ડેનમ HF એચીંગ દ્વારા SS પર માઇક્રોન/નેનો-સ્કેલ રફનેસ બનાવવામાં મહત્વની ભૂમિકા ભજવે છે.કાટના પ્રારંભિક તબક્કામાં, આયર્ન અને ક્રોમિયમ મુખ્યત્વે કાટવાળા હોય છે કારણ કે મોલીબડેનમમાં મોલીબ્ડેનમ કરતાં વધુ કાટ પ્રતિકાર હોય છે.જેમ જેમ એચીંગ આગળ વધે છે તેમ, એચીંગ સોલ્યુશન સ્થાનિક ઓવરસેચ્યુરેશન સુધી પહોંચે છે, જે એચીંગને કારણે ફ્લોરાઈડ્સ અને ઓક્સાઇડ બનાવે છે.ફ્લોરાઈડ અને ઓક્સાઇડ અવક્ષેપ અને અંતે સપાટી પર ફરીથી જમા થાય છે, જે માઇક્રોન/નેનો શ્રેણીમાં સપાટીની ખરબચડી બનાવે છે (31).આ સૂક્ષ્મ/નેનો-સ્તરની ખરબચડી LOIS ના સ્વ-હીલિંગ ગુણધર્મોમાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે.ડ્યુઅલ સ્કેલ સપાટી એક સિનર્જિસ્ટિક અસર પેદા કરે છે, કેશિલરી બળમાં મોટા પ્રમાણમાં વધારો કરે છે.આ ઘટના લુબ્રિકન્ટને સપાટીમાં સ્થિર રીતે પ્રવેશવાની મંજૂરી આપે છે અને સ્વ-હીલિંગ ગુણધર્મોમાં ફાળો આપે છે (35).ખરબચડી ની રચના એચીંગ સમય પર આધાર રાખે છે.10 મિનિટની એચીંગ હેઠળ, સપાટીમાં માત્ર નેનો-સ્કેલ રફનેસ હોય છે, જે બાયોફાઉલિંગ પ્રતિકાર (36) માટે પૂરતા પ્રમાણમાં લુબ્રિકન્ટ રાખવા માટે પૂરતું નથી.બીજી બાજુ, જો એચીંગનો સમય 30 મિનિટથી વધી જાય, તો આયર્ન અને ક્રોમિયમના પુનઃસ્થાપન દ્વારા રચાયેલી નેનો-સ્કેલની ખરબચડી અદૃશ્ય થઈ જશે, અને મોલિબડેનમને કારણે માત્ર માઇક્રો-સ્કેલ રફનેસ જ રહેશે.ઓવર-એચ કરેલી સપાટીમાં નેનો-સ્કેલ રફનેસનો અભાવ હોય છે અને તે બે-તબક્કાની ખરબચડીની સિનર્જિસ્ટિક અસર ગુમાવે છે, જે LOIS ની સ્વ-હીલિંગ લાક્ષણિકતાઓને નકારાત્મક રીતે અસર કરે છે.SA માપન સબસ્ટ્રેટ્સ પર અલગ-અલગ એચિંગ સમય સાથે કરવામાં આવ્યું હતું જેથી ફાઉલિંગ વિરોધી કામગીરી સાબિત થાય.ડિયોનાઇઝ્ડ (DI) પાણી, લોહી, ઇથિલિન ગ્લાયકોલ (EG), ઇથેનોલ (EtOH) અને હેક્સાડેકેન (HD) (આકૃતિ S4) સહિત સ્નિગ્ધતા અને સપાટીની ઊર્જાના આધારે વિવિધ પ્રકારના પ્રવાહી પસંદ કરવામાં આવ્યા હતા.સમય-વિવિધ એચીંગ પેટર્ન દર્શાવે છે કે વિવિધ સપાટી ઊર્જા અને સ્નિગ્ધતા ધરાવતા વિવિધ પ્રવાહી માટે, 15 મિનિટની એચીંગ પછી LOIS નો SA સૌથી ઓછો છે.તેથી, LOIS ને માઇક્રોન અને નેનો-સ્કેલ રફનેસ બનાવવા માટે 15 મિનિટ માટે ઇચ કરવા માટે ઑપ્ટિમાઇઝ કરવામાં આવે છે, જે લુબ્રિકન્ટની ટકાઉપણું અને ઉત્તમ એન્ટિ-ફાઉલિંગ ગુણધર્મોને અસરકારક રીતે જાળવવા માટે યોગ્ય છે.
(A) LOIS ની ચાર-પગલાની ઉત્પાદન પ્રક્રિયાની યોજનાકીય રેખાકૃતિ.ઇનસેટ સબસ્ટ્રેટ પર રચાયેલ SAM દર્શાવે છે.(B) SEM અને AFM ઈમેજીસ, વિવિધ એચીંગ સમય હેઠળ સબસ્ટ્રેટના માઇક્રો/નેનો સ્ટ્રક્ચરને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે વપરાય છે.એક્સ-રે ફોટોઈલેક્ટ્રોન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (XPS) સ્પેક્ટ્રા ઓફ (C) Cr2p અને (D) F1s સપાટી પેસિવેશન અને SAM કોટિંગ પછી.au, મનસ્વી એકમ.(E) એકદમ, કોતરણી, SHP અને LOIS સબસ્ટ્રેટ પર પાણીના ટીપાંની પ્રતિનિધિ છબીઓ.(F) SHP અને LOIS પર વિવિધ સપાટીના તણાવ સાથે પ્રવાહીનું સંપર્ક કોણ (CA) અને SA માપન.ડેટા સરેરાશ ± SD તરીકે દર્શાવવામાં આવે છે.
પછી, સપાટીના રાસાયણિક ગુણધર્મોમાં ફેરફારની પુષ્ટિ કરવા માટે, એક્સ-રે ફોટોઈલેક્ટ્રોન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (XPS) નો ઉપયોગ દરેક સપાટી કોટિંગ પછી સબસ્ટ્રેટ સપાટીની રાસાયણિક રચનામાં ફેરફારનો અભ્યાસ કરવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો.આકૃતિ 2C HF કોતરણીવાળી સપાટી અને HNO 3 સારવાર કરેલ સપાટીના XPS માપન પરિણામો દર્શાવે છે.587.3 અને 577.7 eV પરના બે મુખ્ય શિખરો ક્રોમિયમ ઓક્સાઇડ સ્તરમાં અસ્તિત્વમાં રહેલા Cr-O બોન્ડને આભારી હોઈ શકે છે, જે HF કોતરણીવાળી સપાટીથી મુખ્ય તફાવત છે.આ મુખ્યત્વે HNO3 દ્વારા સપાટી પર આયર્ન અને ક્રોમિયમ ફ્લોરાઈડના વપરાશને કારણે છે.HNO3-આધારિત એચીંગ ક્રોમિયમને સપાટી પર પેસિવેટિંગ ઓક્સાઇડ સ્તર બનાવવાની મંજૂરી આપે છે, જે કોતરેલા SSને ફરીથી કાટ માટે પ્રતિરોધક બનાવે છે.આકૃતિ 2D માં, XPS સ્પેક્ટ્રા એ પુષ્ટિ કરવા માટે મેળવવામાં આવ્યા હતા કે SAM કોટિંગ પછી સપાટી પર ફ્લોરોકાર્બન-આધારિત સિલેનની રચના થઈ હતી, જે EG, રક્ત અને EtOH માટે પણ અત્યંત ઉચ્ચ પ્રવાહી પ્રતિરોધકતા ધરાવે છે.SAM કોટિંગ પ્લાઝ્મા ટ્રીટમેન્ટ દ્વારા રચાયેલા હાઇડ્રોક્સિલ જૂથો સાથે સિલેન કાર્યાત્મક જૂથો પર પ્રતિક્રિયા કરીને પૂર્ણ થાય છે.પરિણામે, CF2 અને CF3 શિખરોમાં નોંધપાત્ર વધારો જોવા મળ્યો હતો.286 અને 296 eV વચ્ચેની બંધનકર્તા ઊર્જા સૂચવે છે કે રાસાયણિક ફેરફાર SAM કોટિંગ દ્વારા સફળતાપૂર્વક પૂર્ણ કરવામાં આવ્યું છે.SHP પ્રમાણમાં મોટી CF2 (290.1 ​​eV) અને CF3 (293.3 eV) શિખરો દર્શાવે છે, જે સપાટી પર રચાયેલી ફ્લોરોકાર્બન-આધારિત સિલેનને કારણે થાય છે.આકૃતિ 2E બેર, એચેડ, SHP અને LOIS ના સંપર્કમાં રહેલા ડીયોનાઇઝ્ડ પાણીના વિવિધ જૂથો માટે સંપર્ક કોણ (CA) માપનની પ્રતિનિધિ ઓપ્ટિકલ છબીઓ દર્શાવે છે.આ છબીઓ દર્શાવે છે કે રાસાયણિક એચીંગ દ્વારા રચાયેલી માઇક્રો/નેનો સ્ટ્રક્ચરને કારણે કોતરેલી સપાટી હાઇડ્રોફિલિક બને છે જેથી ડીયોનાઇઝ્ડ પાણી બંધારણમાં શોષાય છે.જો કે, જ્યારે સબસ્ટ્રેટને SAM સાથે કોટેડ કરવામાં આવે છે, ત્યારે સબસ્ટ્રેટ મજબૂત વોટર રિપેલેન્સી દર્શાવે છે, તેથી સપાટી SHP બને છે અને પાણી અને સપાટી વચ્ચેનો સંપર્ક વિસ્તાર નાનો હોય છે.છેલ્લે, LOIS માં CA માં ઘટાડો જોવા મળ્યો હતો, જે માઇક્રોસ્ટ્રક્ચરમાં લુબ્રિકન્ટના પ્રવેશને આભારી હોઈ શકે છે, જેનાથી સંપર્ક વિસ્તાર વધે છે.સપાટી પર ઉત્કૃષ્ટ લિક્વિડ રિપેલેન્સી અને બિન-એડહેસિવ ગુણધર્મો છે તે સાબિત કરવા માટે, વિવિધ પ્રવાહી (આકૃતિ 2F) નો ઉપયોગ કરીને CA અને SAને માપીને LOIS ની તુલના SHP સબસ્ટ્રેટ સાથે કરવામાં આવી હતી.ડિયોનાઇઝ્ડ પાણી, રક્ત, EG, EtOH અને HD (આકૃતિ S4) સહિત સ્નિગ્ધતા અને સપાટીની ઊર્જાના આધારે વિવિધ પ્રકારના પ્રવાહી પસંદ કરવામાં આવ્યા હતા.CA માપન પરિણામો દર્શાવે છે કે જ્યારે CA HD તરફ વલણ ધરાવે છે, ત્યારે CA નું ઘટાડાનું મૂલ્ય, જ્યાં CA ની સપાટીની ઉર્જા સૌથી ઓછી હોય છે.વધુમાં, એકંદર CA નું LOIS ઓછું છે.જો કે, SA માપન સંપૂર્ણપણે અલગ ઘટના દર્શાવે છે.આયનોઈઝ્ડ પાણી સિવાય, બધા પ્રવાહી SHP સબસ્ટ્રેટને બંધ કર્યા વિના વળગી રહે છે.બીજી તરફ, LOIS એ ખૂબ જ નીચું SA દર્શાવે છે, જ્યાં જ્યારે તમામ પ્રવાહી 10° થી 15° કરતા ઓછા ખૂણા પર નમેલું હોય છે, ત્યારે તમામ પ્રવાહી નીકળી જાય છે.આ ભારપૂર્વક દર્શાવે છે કે LOIS ની બિન-એડહેસિવતા SHP સપાટી કરતાં વધુ સારી છે.વધુમાં, LOIS કોટિંગ્સ વિવિધ પ્રકારની સામગ્રીઓ પર પણ લાગુ કરવામાં આવે છે, જેમાં ટાઇટેનિયમ (Ti), પોલિફેનિલ્સલ્ફોન (PPSU), પોલીઓક્સીમિથિલિન (POM), પોલિએથર ઇથર કેટોન (PEEK) અને બાયોએબ્સોર્બેબલ પોલિમર (PLGA), તેઓ ઇમ્પ્લાન્ટેબલ ઓર્થોપેડિક મટિરિયલ્સ (આકૃતિ) છે. S5)).LOIS દ્વારા સારવાર કરાયેલ સામગ્રી પરના ટીપાંની ક્રમિક છબીઓ દર્શાવે છે કે LOIS ના એન્ટિ-બાયોફાઉલિંગ ગુણધર્મો બધા સબસ્ટ્રેટ પર સમાન છે.વધુમાં, CA અને SA ના માપન પરિણામો દર્શાવે છે કે LOIS ના બિન-એડહેસિવ ગુણધર્મો અન્ય સામગ્રીઓ પર લાગુ કરી શકાય છે.
LOIS ના ફાઉલિંગ વિરોધી ગુણધર્મોની પુષ્ટિ કરવા માટે, સ્યુડોમોનાસ એરુગિનોસા અને MRSA સાથે વિવિધ પ્રકારના સબસ્ટ્રેટ્સ (બેર, એચેડ, SHP અને LOIS સહિત) ઉકાળવામાં આવ્યા હતા.આ બે બેક્ટેરિયાને પ્રતિનિધિ હોસ્પિટલ બેક્ટેરિયા તરીકે પસંદ કરવામાં આવ્યા હતા, જે બાયોફિલ્મ્સની રચના તરફ દોરી શકે છે, જે SSI (37) તરફ દોરી જાય છે.આકૃતિ 3 (A અને B) અનુક્રમે ટૂંકા ગાળાના (12 કલાક) અને લાંબા ગાળાના (72 કલાક) માટે બેક્ટેરિયલ સસ્પેન્શનમાં ઉકાળેલા સબસ્ટ્રેટ્સના ફ્લોરોસેન્સ માઇક્રોસ્કોપ છબીઓ અને કોલોની ફોર્મિંગ યુનિટ (CFU) માપન પરિણામો દર્શાવે છે.ટૂંકા ગાળામાં, બેક્ટેરિયા ક્લસ્ટરો બનાવે છે અને કદમાં વૃદ્ધિ પામે છે, પોતાને લાળ જેવા પદાર્થોથી ઢાંકી દે છે અને તેમના દૂર થતા અટકાવે છે.જો કે, 72-કલાકના સેવન દરમિયાન, બેક્ટેરિયા પરિપક્વ થશે અને વધુ વસાહતો અથવા ક્લસ્ટરો બનાવવા માટે વિખેરવામાં સરળ બનશે.તેથી, એવું ગણી શકાય કે 72-કલાકનું સેવન લાંબા ગાળાનું છે અને સપાટી પર મજબૂત બાયોફિલ્મ બનાવવા માટે યોગ્ય ઉષ્ણતામાન સમય છે (38).ટૂંકા ગાળામાં, કોતરેલી સપાટી અને SHP ની સપાટીએ બેક્ટેરિયલ સંલગ્નતા દર્શાવી હતી, જે એકદમ સબસ્ટ્રેટની તુલનામાં લગભગ 25% થી 50% સુધી ઘટી હતી.જો કે, તેની ઉત્કૃષ્ટ એન્ટિ-બાયોફાઉલિંગ કામગીરી અને સ્થિરતાને લીધે, LOIS એ ટૂંકા અને લાંબા ગાળામાં બેક્ટેરિયલ બાયોફિલ્મ સંલગ્નતા દર્શાવ્યું નથી.સ્કીમેટિક ડાયાગ્રામ (આકૃતિ 3C) એચિંગ સોલ્યુશન, SHP અને LOIS ના એન્ટિ-જૈવિક ફાઉલિંગ મિકેનિઝમની સમજૂતીનું વર્ણન કરે છે.ધારણા એ છે કે હાઇડ્રોફિલિક ગુણો સાથે કોતરેલા સબસ્ટ્રેટમાં એકદમ સબસ્ટ્રેટ કરતાં વધુ સપાટી વિસ્તાર હશે.તેથી, કોતરેલા સબસ્ટ્રેટ પર વધુ બેક્ટેરિયલ સંલગ્નતા થશે.જો કે, એકદમ સબસ્ટ્રેટની તુલનામાં, કોતરેલા સબસ્ટ્રેટની સપાટી પર નોંધપાત્ર રીતે ઓછી બાયોફિલ્મ રચાય છે.આ એટલા માટે છે કારણ કે પાણીના અણુઓ હાઇડ્રોફિલિક સપાટી સાથે મજબૂત રીતે જોડાય છે અને પાણી માટે લુબ્રિકન્ટ તરીકે કામ કરે છે, આમ ટૂંકા ગાળામાં બેક્ટેરિયાના સંલગ્નતામાં દખલ કરે છે (39).જો કે, પાણીના અણુઓનું સ્તર ખૂબ જ પાતળું અને બેક્ટેરિયલ સસ્પેન્શનમાં દ્રાવ્ય હોય છે.તેથી, પાણીના પરમાણુ સ્તર લાંબા સમય સુધી અદૃશ્ય થઈ જાય છે, જે વ્યાપક બેક્ટેરિયલ સંલગ્નતા અને પ્રસાર તરફ દોરી જાય છે.SHP માટે, તેના ટૂંકા ગાળાના બિન-ભીનાશના ગુણધર્મોને લીધે, બેક્ટેરિયલ સંલગ્નતા અટકાવવામાં આવે છે.બેક્ટેરિયલ સંલગ્નતામાં ઘટાડો એ સ્તરવાળી રચનામાં ફસાયેલા હવાના ખિસ્સા અને નીચલી સપાટીની ઊર્જાને આભારી હોઈ શકે છે, જેનાથી બેક્ટેરિયલ સસ્પેન્શન અને સપાટી વચ્ચેનો સંપર્ક ઓછો થાય છે.જો કે, SHP માં વ્યાપક બેક્ટેરિયલ સંલગ્નતા જોવા મળી હતી કારણ કે તે લાંબા સમય સુધી તેની ફાઉલિંગ વિરોધી ગુણધર્મો ગુમાવી દે છે.આ મુખ્યત્વે હાઇડ્રોસ્ટેટિક દબાણ અને પાણીમાં હવાના વિસર્જનને કારણે હવાના ખિસ્સાના અદ્રશ્ય થવાને કારણે છે.આ મુખ્યત્વે વિસર્જનને કારણે હવાના ખિસ્સાના અદ્રશ્ય થવાને કારણે છે અને સ્તરવાળી રચના જે સંલગ્નતા માટે વિશાળ સપાટી વિસ્તાર પ્રદાન કરે છે (27, 40).લાંબા ગાળાની સ્થિરતા પર મહત્વની અસર ધરાવતા આ બે સબસ્ટ્રેટથી વિપરીત, LOIS માં સમાયેલ લુબ્રિકેટિંગ લુબ્રિકન્ટ માઇક્રો/નેનો સ્ટ્રક્ચરમાં ઇન્જેક્ટ કરવામાં આવે છે અને લાંબા ગાળામાં પણ અદૃશ્ય થશે નહીં.સૂક્ષ્મ/નેનો સ્ટ્રક્ચર્સથી ભરેલા લ્યુબ્રિકન્ટ્સ ખૂબ જ સ્થિર હોય છે અને તેમની ઉચ્ચ રાસાયણિક જોડાણને કારણે સપાટી પર મજબૂત રીતે આકર્ષિત થાય છે, તેથી લાંબા સમય સુધી બેક્ટેરિયાના સંલગ્નતાને અટકાવે છે.આકૃતિ S6 ફોસ્ફેટ બફર્ડ સલાઈન (PBS) માં ડૂબેલા લ્યુબ્રિકન્ટ-ઈન્ફ્યુઝ્ડ સબસ્ટ્રેટનું પ્રતિબિંબ કોન્ફોકલ માઈક્રોસ્કોપ ઈમેજ દર્શાવે છે.સતત છબીઓ દર્શાવે છે કે 120 કલાકના સહેજ ધ્રુજારી (120 rpm) પછી પણ, LOIS પર લ્યુબ્રિકન્ટ સ્તર યથાવત રહે છે, જે પ્રવાહની સ્થિતિમાં લાંબા ગાળાની સ્થિરતા દર્શાવે છે.આ ફ્લોરિન-આધારિત SAM કોટિંગ અને પરફ્લુરોકાર્બન-આધારિત લ્યુબ્રિકન્ટ વચ્ચેના ઉચ્ચ રાસાયણિક જોડાણને કારણે છે, જેથી સ્થિર લ્યુબ્રિકન્ટ સ્તરની રચના થઈ શકે.તેથી, ફાઉલિંગ વિરોધી કામગીરી જાળવી રાખવામાં આવે છે.વધુમાં, સબસ્ટ્રેટને પ્રતિનિધિ પ્રોટીન (આલ્બ્યુમિન અને ફાઈબ્રિનોજન) સામે પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું, જે પ્લાઝ્મામાં હોય છે, રોગપ્રતિકારક કાર્ય (મેક્રોફેજ અને ફાઈબ્રોબ્લાસ્ટ્સ) સાથે નજીકથી સંબંધિત કોષો અને હાડકાની રચના સાથે સંબંધિત હોય છે.કેલ્શિયમની સામગ્રી ખૂબ ઊંચી છે.(આકૃતિ 3D, 1 અને 2, અને આકૃતિ S7) (41, 42).વધુમાં, ફાઈબ્રિનોજન, આલ્બ્યુમિન અને કેલ્શિયમ માટે સંલગ્નતા પરીક્ષણની ફ્લોરોસેન્સ માઈક્રોસ્કોપ ઈમેજો દરેક સબસ્ટ્રેટ જૂથ (આકૃતિ S8) ની વિવિધ સંલગ્નતા લાક્ષણિકતાઓ દર્શાવે છે.હાડકાની રચના દરમિયાન, નવા બનેલા હાડકા અને કેલ્શિયમ સ્તરો ઓર્થોપેડિક ઇમ્પ્લાન્ટને ઘેરી શકે છે, જે માત્ર દૂર કરવાનું મુશ્કેલ બનાવે છે, પરંતુ દૂર કરવાની પ્રક્રિયા દરમિયાન દર્દીને અણધારી નુકસાન પણ કરી શકે છે.તેથી, હાડકાની પ્લેટો અને સ્ક્રૂ પર કેલ્શિયમના નીચા સ્તરો ઓર્થોપેડિક સર્જરી માટે ફાયદાકારક છે જેને ઇમ્પ્લાન્ટ દૂર કરવાની જરૂર પડે છે.ફ્લોરોસેન્સની તીવ્રતા અને કોષની સંખ્યાના આધારે જોડાયેલ વિસ્તારના જથ્થાના આધારે, અમે પુષ્ટિ કરી છે કે LOIS એ અન્ય સબસ્ટ્રેટ્સની તુલનામાં તમામ જૈવિક પદાર્થો માટે ઉત્તમ એન્ટિ-બાયોફાઉલિંગ ગુણધર્મો દર્શાવે છે.ઇન વિટ્રો પ્રયોગોના પરિણામો અનુસાર, એન્ટિ-બાયોલોજિકલ ફાઉલિંગ LOIS ઓર્થોપેડિક ઇમ્પ્લાન્ટ પર લાગુ કરી શકાય છે, જે માત્ર બાયોફિલ્મ બેક્ટેરિયાને કારણે થતા ચેપને અટકાવી શકે છે, પરંતુ શરીરની સક્રિય રોગપ્રતિકારક શક્તિને કારણે થતી બળતરાને પણ ઘટાડી શકે છે.
(A) 12 અને 72 કલાક માટે સ્યુડોમોનાસ એરુગિનોસા અને MRSA સસ્પેન્શનમાં ઉકાળવામાં આવેલ દરેક જૂથ (નગ્ન, કોતરણી, SHP અને LOIS) ની ફ્લોરોસેન્સ માઇક્રોસ્કોપ છબીઓ.(બી) દરેક જૂથની સપાટી પર સ્યુડોમોનાસ એરુગિનોસા અને એમઆરએસએના અનુયાયી CFU ની સંખ્યા.(C) ટૂંકા ગાળાના અને લાંબા ગાળાના એચીંગ, SHP અને LOIS ની એન્ટિ-જૈવિક ફાઉલિંગ મિકેનિઝમની યોજનાકીય રેખાકૃતિ.(D) (1) દરેક સબસ્ટ્રેટને વળગી રહેલ ફાઇબ્રોબ્લાસ્ટ્સની સંખ્યા અને એકદમ અને LOIS ને વળગી રહેલ કોષોની ફ્લોરોસેન્સ માઇક્રોસ્કોપ છબીઓ.(2) રોગપ્રતિકારક-સંબંધિત પ્રોટીન, આલ્બ્યુમિન અને કેલ્શિયમની સંલગ્નતા પરીક્ષણ જે હાડકાના ઉપચારની પ્રક્રિયામાં સામેલ છે (* P <0.05, ** P <0.01, *** P <0.001 અને **** P <0.0001).ns, મહત્વપૂર્ણ નથી.
અનિવાર્ય કેન્દ્રિત તાણના કિસ્સામાં, યાંત્રિક ટકાઉપણું એ એન્ટિફાઉલિંગ કોટિંગ્સના ઉપયોગ માટે હંમેશા મુખ્ય પડકાર છે.પરંપરાગત ગંદાપાણી વિરોધી જેલ પદ્ધતિઓ ઓછી પાણીની દ્રાવ્યતા અને નાજુકતાવાળા પોલિમર પર આધારિત છે.તેથી, તેઓ સામાન્ય રીતે બાયોમેડિકલ એપ્લિકેશન્સમાં યાંત્રિક તાણ માટે સંવેદનશીલ હોય છે.તેથી, ઓર્થોપેડિક ઇમ્પ્લાન્ટ્સ (43, 44) જેવા કાર્યક્રમો માટે યાંત્રિક રીતે ટકાઉ એન્ટિફાઉલિંગ કોટિંગ્સ એક પડકાર બની રહે છે.આકૃતિ 4A(1) ઓર્થોપેડિક પ્રત્યારોપણ પર લાગુ કરાયેલા બે મુખ્ય પ્રકારના તણાવ દર્શાવે છે, જેમાં ફોર્સેપ્સ દ્વારા ઉત્પાદિત ક્ષતિગ્રસ્ત ઇમ્પ્લાન્ટની ઓપ્ટિકલ ઇમેજ સાથે ખંજવાળ (શીયર સ્ટ્રેસ) અને કમ્પ્રેશનનો સમાવેશ થાય છે.ઉદાહરણ તરીકે, જ્યારે સ્ક્રુને સ્ક્રુડ્રાઈવર વડે કડક કરવામાં આવે છે, અથવા જ્યારે સર્જન બોન પ્લેટને ટ્વીઝર વડે ચુસ્તપણે પકડી રાખે છે અને કમ્પ્રેસિવ ફોર્સ લાગુ કરે છે, ત્યારે પ્લાસ્ટિક બોન પ્લેટને નુકસાન થશે અને મેક્રો અને માઇક્રો/નેનો સ્કેલ બંને પર ખંજવાળ આવશે (આકૃતિ 4A, 2).પ્લાસ્ટિક સર્જરી દરમિયાન ઉત્પાદિત LOIS આ નુકસાનનો સામનો કરી શકે છે કે કેમ તે ચકાસવા માટે, માઇક્રો/નેનો સ્ટ્રક્ચર ઇમ્પેક્ટ (આકૃતિ) ના યાંત્રિક ગુણધર્મોનો અભ્યાસ કરવા માટે માઇક્રો/નેનો સ્કેલ પર એકદમ સબસ્ટ્રેટની કઠિનતા અને LOIS ની સરખામણી કરવા નેનોઇન્ડેન્ટેશન કરવામાં આવ્યું હતું. 4B).સ્કીમેટિક ડાયાગ્રામ માઇક્રો/નેનો સ્ટ્રક્ચર્સની હાજરીને કારણે LOIS ની વિવિધ વિકૃતિ વર્તન દર્શાવે છે.નેનોઈન્ડેન્ટેશન (આકૃતિ 4C) ના પરિણામોના આધારે બળ-વિસ્થાપન વળાંક દોરવામાં આવ્યો હતો.વાદળી ઇમેજ એકદમ સબસ્ટ્રેટનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે, જે માત્ર થોડી વિકૃતિ દર્શાવે છે, જેમ કે 0.26-μm ની મહત્તમ ઇન્ડેન્ટેશન ઊંડાઈ દ્વારા જોવામાં આવે છે.બીજી બાજુ, LOIS (લાલ વળાંક) માં અવલોકન કરાયેલ નેનોઈન્ડેન્ટેશન બળ અને વિસ્થાપનમાં ધીમે ધીમે વધારો યાંત્રિક ગુણધર્મોમાં ઘટાડો થવાના સંકેતો બતાવી શકે છે, પરિણામે 1.61μm ની નેનોઈન્ડેન્ટેશન ઊંડાઈ થાય છે.આ એટલા માટે છે કારણ કે LOIS માં હાજર સૂક્ષ્મ/નેનો માળખું નેનોઈન્ડેન્ટરની ટોચ માટે ઊંડી ઉન્નતિ જગ્યા પૂરી પાડે છે, તેથી તેનું વિરૂપતા એકદમ સબસ્ટ્રેટ કરતા વધારે છે.Konsta-Gdoutos et al.(45) માને છે કે નેનોસ્ટ્રક્ચરની હાજરીને કારણે, નેનોઈન્ડેન્ટેશન અને માઇક્રો/નેનો રફનેસ અનિયમિત નેનોઈન્ડેન્ટેશન વળાંક તરફ દોરી જાય છે.છાંયડો વિસ્તાર નેનોસ્ટ્રક્ચરને આભારી અનિયમિત વિરૂપતા વળાંકને અનુરૂપ છે, જ્યારે બિન-છાયાવાળો વિસ્તાર માઇક્રોસ્ટ્રક્ચરને આભારી છે.આ વિકૃતિ હોલ્ડિંગ લુબ્રિકન્ટના માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર/નેનોસ્ટ્રક્ચરને નુકસાન પહોંચાડી શકે છે અને તેના વિરોધી ફાઉલિંગ પ્રભાવને નકારાત્મક રીતે અસર કરી શકે છે.LOIS પર નુકસાનની અસરનો અભ્યાસ કરવા માટે, પ્લાસ્ટિક સર્જરી દરમિયાન શરીરમાં માઇક્રો/નેનો સ્ટ્રક્ચર્સને અનિવાર્ય નુકસાનની નકલ કરવામાં આવી હતી.રક્ત અને પ્રોટીન સંલગ્નતા પરીક્ષણોનો ઉપયોગ કરીને, ઇન વિટ્રો પછી LOIS ના એન્ટિ-બાયોફાઉલિંગ ગુણધર્મોની સ્થિરતા નક્કી કરી શકાય છે (આકૃતિ 4D).ઓપ્ટિકલ ઈમેજીસની શ્રેણી દરેક સબસ્ટ્રેટના છિદ્રો પાસે થયેલા નુકસાનને દર્શાવે છે.એન્ટિ-બાયોફાઉલિંગ કોટિંગ (આકૃતિ 4E) પર યાંત્રિક નુકસાનની અસર દર્શાવવા માટે રક્ત સંલગ્નતા પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું.SHP ની જેમ, ક્ષતિને કારણે એન્ટિ-ફાઉલિંગ ગુણધર્મો નષ્ટ થાય છે, અને LOIS લોહીને ભગાડીને ઉત્તમ એન્ટિ-ફાઉલિંગ ગુણધર્મો દર્શાવે છે.આનું કારણ એ છે કે, ક્ષતિગ્રસ્ત વિસ્તારને આવરી લેતી રુધિરકેશિકાની ક્રિયા દ્વારા સપાટીની ઉર્જા ચલાવવામાં આવે છે, માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર્ડ લ્યુબ્રિકન્ટ લુબ્રિકન્ટમાં પ્રવાહ વિરોધી ફાઉલિંગ ગુણધર્મોને પુનઃસ્થાપિત કરે છે (35).આ જ વલણ એલ્બુમિનનો ઉપયોગ કરીને પ્રોટીન સંલગ્નતા પરીક્ષણમાં જોવા મળ્યું હતું.ક્ષતિગ્રસ્ત વિસ્તારમાં, SHP ની સપાટી પર પ્રોટીનનું સંલગ્નતા વ્યાપકપણે જોવા મળે છે, અને તેના વિસ્તારના કવરેજને માપવાથી, તે એકદમ સબસ્ટ્રેટના સંલગ્નતા સ્તરના અડધા તરીકે માપી શકાય છે.બીજી તરફ, LOIS એ સંલગ્નતા (આકૃતિ 4, F અને G) વિના તેની એન્ટિ-બાયોફાઉલિંગ ગુણધર્મો જાળવી રાખી.વધુમાં, સ્ક્રુની સપાટી ઘણીવાર મજબૂત યાંત્રિક તાણને આધિન હોય છે, જેમ કે ડ્રિલિંગ, તેથી અમે વિટ્રોમાં સ્ક્રુ પર અકબંધ રહેવા માટે LOIS કોટિંગની ક્ષમતાનો અભ્યાસ કર્યો.આકૃતિ 4H બેર, SHP અને LOIS સહિત વિવિધ સ્ક્રૂની ઓપ્ટિકલ છબીઓ દર્શાવે છે.લાલ લંબચોરસ લક્ષ્ય વિસ્તારનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે જ્યાં અસ્થિ પ્રત્યારોપણ દરમિયાન મજબૂત યાંત્રિક તણાવ થાય છે.પ્લેટના પ્રોટીન સંલગ્નતા પરીક્ષણની જેમ જ, મજબૂત યાંત્રિક તણાવ (આકૃતિ 4, I અને J) હેઠળ પણ, LOIS કોટિંગની અખંડિતતા સાબિત કરવા માટે પ્રોટીન સંલગ્નતાની છબી અને કવરેજ વિસ્તારને માપવા માટે ફ્લોરોસેન્સ માઇક્રોસ્કોપનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.LOIS-સારવાર કરાયેલ સ્ક્રૂ ઉત્તમ એન્ટિ-ફાઉલિંગ પ્રદર્શન દર્શાવે છે, અને લગભગ કોઈ પ્રોટીન સપાટીને વળગી રહેતું નથી.બીજી તરફ, એકદમ સ્ક્રૂ અને SHP સ્ક્રૂમાં પ્રોટીન સંલગ્નતા જોવા મળી હતી, જ્યાં SHP સ્ક્રૂનું ક્ષેત્રફળ એકદમ સ્ક્રૂના ત્રીજા ભાગનું હતું.આ ઉપરાંત, ફિક્સેશન માટે વપરાતું ઓર્થોપેડિક ઇમ્પ્લાન્ટ ફ્રેક્ચર સાઇટ પર લાગુ પડતા તાણનો સામનો કરવા માટે યાંત્રિક રીતે મજબૂત હોવું આવશ્યક છે, આકૃતિ 4K માં બતાવ્યા પ્રમાણે.તેથી, યાંત્રિક ગુણધર્મો પર રાસાયણિક ફેરફારની અસર નક્કી કરવા માટે બેન્ડિંગ ટેસ્ટ કરવામાં આવી હતી.વધુમાં, આ ઇમ્પ્લાન્ટમાંથી નિશ્ચિત તણાવ જાળવી રાખવા માટે કરવામાં આવે છે.જ્યાં સુધી ઇમ્પ્લાન્ટ સંપૂર્ણપણે ફોલ્ડ ન થાય અને તણાવ-તાણ વળાંક પ્રાપ્ત ન થાય ત્યાં સુધી ઊભી યાંત્રિક બળ લાગુ કરો (આકૃતિ 4L, 1).બેર અને LOIS સબસ્ટ્રેટ વચ્ચે યંગના મોડ્યુલસ અને ફ્લેક્સરલ સ્ટ્રેન્થ સહિતની બે પ્રોપર્ટીઝની સરખામણી તેમની યાંત્રિક શક્તિના સૂચક તરીકે કરવામાં આવી હતી (આકૃતિ 4L, 2 અને 3).યંગનું મોડ્યુલસ યાંત્રિક ફેરફારોનો સામનો કરવાની સામગ્રીની ક્ષમતા સૂચવે છે.દરેક સબસ્ટ્રેટનું યંગનું મોડ્યુલસ અનુક્રમે 41.48±1.01 અને 40.06±0.96 GPa છે;જોવાયેલ તફાવત લગભગ 3.4% છે.વધુમાં, એવું નોંધવામાં આવે છે કે બેન્ડિંગ સ્ટ્રેન્થ, જે સામગ્રીની કઠિનતા નક્કી કરે છે, તે એકદમ સબસ્ટ્રેટ માટે 102.34±1.51 GPa અને SHP માટે 96.99±0.86 GPa છે.એકદમ સબસ્ટ્રેટ લગભગ 5.3% વધારે છે.યાંત્રિક ગુણધર્મોમાં થોડો ઘટાડો નોચ અસરને કારણે થઈ શકે છે.નોચ ઇફેક્ટમાં, માઇક્રો/નેનો રફનેસ એ નોચના સમૂહ તરીકે કામ કરી શકે છે, જે સ્થાનિક તાણની સાંદ્રતા તરફ દોરી જાય છે અને ઇમ્પ્લાન્ટના યાંત્રિક ગુણધર્મોને અસર કરે છે (46).જો કે, માનવ કોર્ટિકલ હાડકાની જડતા 7.4 અને 31.6 GPa ની વચ્ચે હોવાનું જાણવા મળે છે અને માપવામાં આવેલ LOIS મોડ્યુલસ માનવ કોર્ટિકલ હાડકા (47) કરતા વધી જાય છે તે હકીકતને આધારે, LOIS અસ્થિભંગને ટેકો આપવા માટે પૂરતું છે અને તેની એકંદર યાંત્રિક ગુણધર્મો સપાટી ફેરફાર દ્વારા ન્યૂનતમ અસર પામે છે.
(A) (1) ઓપરેશન દરમિયાન ઓર્થોપેડિક ઇમ્પ્લાન્ટ પર લાગુ યાંત્રિક તણાવ અને (2) ક્ષતિગ્રસ્ત ઓર્થોપેડિક ઇમ્પ્લાન્ટની ઓપ્ટિકલ ઇમેજની યોજનાકીય આકૃતિ.(B) એકદમ સપાટી પર નેનોઈન્ડેન્ટેશન અને LOIS દ્વારા નેનો-મિકેનિકલ પ્રોપર્ટીઝ માપનનું યોજનાકીય રેખાકૃતિ.(C) એકદમ સપાટી અને LOIS ના નેનોઈન્ડેન્ટેશન ફોર્સ-ડિસ્પ્લેસમેન્ટ કર્વ.(D) ઈન વિટ્રો પ્રયોગો પછી, ઓપરેશન દરમિયાન થતા યાંત્રિક તાણનું અનુકરણ કરવા માટે વિવિધ પ્રકારની ઓર્થોપેડિક પ્લેટોની ઓપ્ટિકલ ઈમેજીસનું અનુકરણ કરો (ક્ષતિગ્રસ્ત વિસ્તાર લાલ લંબચોરસથી પ્રકાશિત થયેલ છે).(ઇ) રક્ત સંલગ્નતા પરીક્ષણ અને (એફ) ક્ષતિગ્રસ્ત ઓર્થોપેડિક પ્લેટ જૂથનું પ્રોટીન સંલગ્નતા પરીક્ષણ.(જી) પ્લેટને વળગી રહેલા પ્રોટીનના વિસ્તારના કવરેજને માપો.(H) ઇન વિટ્રો પ્રયોગ પછી વિવિધ પ્રકારના ઓર્થોપેડિક સ્ક્રૂની ઓપ્ટિકલ છબીઓ.(I) વિવિધ કોટિંગ્સની અખંડિતતાનો અભ્યાસ કરવા માટે પ્રોટીન સંલગ્નતા પરીક્ષણ.(J) સ્ક્રુને વળગી રહેલા પ્રોટીનના વિસ્તારના કવરેજને માપો.(K) સસલાની હિલચાલનો હેતુ ફ્રેક્ચર થયેલા હાડકા પર નિશ્ચિત તણાવ પેદા કરવાનો છે.(L) (1) બેન્ડ ટેસ્ટ પરિણામો અને બેન્ડિંગ પહેલાં અને પછી ઓપ્ટિકલ છબીઓ.બેર ઇમ્પ્લાન્ટ અને SHP વચ્ચે (2) યંગ્સ મોડ્યુલસ અને (3) બેન્ડિંગ સ્ટ્રેન્થમાં તફાવત.ડેટા સરેરાશ ± SD (*P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001 અને ****P<0.0001) તરીકે વ્યક્ત કરવામાં આવે છે.છબી સૌજન્ય: Kyomin Chae, Yonsei યુનિવર્સિટી.
ક્લિનિકલ પરિસ્થિતિઓમાં, જૈવિક સામગ્રી અને ઘાના સ્થળો સાથે મોટાભાગના બેક્ટેરિયાનો સંપર્ક પુખ્ત, પરિપક્વ બાયોફિલ્મ્સ (48) માંથી આવે છે.તેથી, યુ.એસ. સેન્ટર્સ ફોર ડિસીઝ કંટ્રોલ એન્ડ પ્રિવેન્શનનો અંદાજ છે કે તમામ માનવ ચેપમાંથી 65% બાયોફિલ્મ્સ (49) થી સંબંધિત છે.આ કિસ્સામાં, વિવો પ્રાયોગિક ડિઝાઇન પ્રદાન કરવી જરૂરી છે જે ઇમ્પ્લાન્ટની સપાટી પર સતત બાયોફિલ્મ રચના પ્રદાન કરે છે.તેથી, અમે રેબિટ ફેમોરલ ફ્રેક્ચર મોડલ વિકસાવ્યું જેમાં ઓર્થોપેડિક ઇમ્પ્લાન્ટ્સ બેક્ટેરિયલ સસ્પેન્શનમાં પ્રી-ઇન્ક્યુબેટ કરવામાં આવ્યા હતા અને પછી વિવોમાં LOIS ના એન્ટિ-ફાઉલિંગ ગુણધર્મોનો અભ્યાસ કરવા માટે સસલાના ફેમર્સમાં રોપવામાં આવ્યા હતા.નીચેના ત્રણ મહત્વના તથ્યોને લીધે, બેક્ટેરિયલ ચેપ બેક્ટેરિયલ સસ્પેન્શનના સીધા ઇન્જેક્શનને બદલે પૂર્વ-સંસ્કૃતિ દ્વારા પ્રેરિત થાય છે: (i) સસલાની રોગપ્રતિકારક શક્તિ માનવ કરતાં કુદરતી રીતે મજબૂત છે;તેથી, બેક્ટેરિયલ સસ્પેન્શન અને પ્લાન્કટોનિક બેક્ટેરિયાના ઇન્જેક્શન શક્ય છે તેની બાયોફિલ્મની રચના પર કોઈ અસર થતી નથી.(Ii) પ્લાન્કટોનિક બેક્ટેરિયા એન્ટિબાયોટિક્સ માટે વધુ સંવેદનશીલ હોય છે, અને એન્ટિબાયોટિક્સ સામાન્ય રીતે શસ્ત્રક્રિયા પછી ઉપયોગમાં લેવાય છે;છેલ્લે, (iii) પ્લાન્કટોનિક બેક્ટેરિયા સસ્પેન્શન પ્રાણીના શરીરના પ્રવાહી (50) દ્વારા પાતળું થઈ શકે છે.પ્રત્યારોપણ પહેલાં બેક્ટેરિયલ સસ્પેન્શનમાં ઇમ્પ્લાન્ટને પૂર્વ-સંવર્ધન કરીને, અમે હાડકાના ઉપચારની પ્રક્રિયા પર બેક્ટેરિયલ ચેપ અને વિદેશી શરીર પ્રતિક્રિયા (FBR) ની હાનિકારક અસરોનો સંપૂર્ણ અભ્યાસ કરી શકીએ છીએ.ઇમ્પ્લાન્ટેશનના 4 અઠવાડિયા પછી સસલાઓનું બલિદાન આપવામાં આવ્યું હતું, કારણ કે હાડકાના ઉપચાર માટે જરૂરી ઓસીઓઇન્ટિગ્રેશન 4 અઠવાડિયામાં પૂર્ણ થશે.પછી, ડાઉનસ્ટ્રીમ અભ્યાસ માટે સસલામાંથી પ્રત્યારોપણ દૂર કરવામાં આવ્યા હતા.આકૃતિ 5A બેક્ટેરિયાના પ્રસારની પદ્ધતિ દર્શાવે છે.ચેપગ્રસ્ત ઓર્થોપેડિક ઇમ્પ્લાન્ટ શરીરમાં દાખલ કરવામાં આવે છે.બેક્ટેરિયલ સસ્પેન્શનમાં પ્રી-ઈન્ક્યુબેશનના પરિણામે, નગ્ન પ્રત્યારોપણ સાથે રોપવામાં આવેલા છ સસલાંમાંથી છને ચેપ લાગ્યો હતો, જ્યારે LOIS-સારવાર કરાયેલ પ્રત્યારોપણ સાથે રોપવામાં આવેલા સસલાઓમાંથી કોઈને પણ ચેપ લાગ્યો ન હતો.બેક્ટેરિયલ ચેપ ત્રણ તબક્કામાં આગળ વધે છે, જેમાં વૃદ્ધિ, પરિપક્વતા અને વિક્ષેપ (51).પ્રથમ, જોડાયેલ બેક્ટેરિયા સપાટી પર પુનઃઉત્પાદન કરે છે અને વૃદ્ધિ પામે છે, અને પછી બેક્ટેરિયા જ્યારે એક્સ્ટ્રા સેલ્યુલર પોલિમર (ઇપીએસ), એમીલોઇડ અને એક્સ્ટ્રા સેલ્યુલર ડીએનએ ઉત્સર્જન કરે છે ત્યારે બાયોફિલ્મ બનાવે છે.બાયોફિલ્મ માત્ર એન્ટિબાયોટિક્સના પ્રવેશમાં દખલ જ નથી કરતું, પરંતુ એન્ટિબાયોટિક-ડિગ્રેડિંગ એન્ઝાઇમ્સ (જેમ કે β-લેક્ટેમેઝ) (52) ના સંચયને પણ પ્રોત્સાહન આપે છે.છેલ્લે, બાયોફિલ્મ પરિપક્વ બેક્ટેરિયાને આસપાસના પેશીઓમાં ફેલાવે છે.તેથી, ચેપ થાય છે.વધુમાં, જ્યારે કોઈ વિદેશી શરીર શરીરમાં પ્રવેશ કરે છે, ત્યારે ચેપ જે મજબૂત રોગપ્રતિકારક પ્રતિભાવનું કારણ બની શકે છે તે ગંભીર બળતરા, પીડા અને રોગપ્રતિકારક શક્તિમાં ઘટાડો કરી શકે છે.આકૃતિ 5B બેક્ટેરિયલ ચેપને કારણે રોગપ્રતિકારક પ્રતિભાવને બદલે, ઓર્થોપેડિક ઇમ્પ્લાન્ટ દાખલ કરવાથી થતી FBR ની ઝાંખી આપે છે.રોગપ્રતિકારક તંત્ર દાખલ કરેલ પ્રત્યારોપણને વિદેશી શરીર તરીકે ઓળખે છે, અને પછી કોષો અને પેશીઓ વિદેશી શરીરને સમાવી લેવા માટે પ્રતિક્રિયા આપે છે (53).એફબીઆરના શરૂઆતના દિવસોમાં, ઓર્થોપેડિક પ્રત્યારોપણની સપાટી પર સપ્લાય મેટ્રિક્સની રચના કરવામાં આવી હતી, જેના પરિણામે ફાઈબ્રિનોજનનું શોષણ થયું હતું.શોષિત ફાઈબ્રિનોજન પછી અત્યંત ગાઢ ફાઈબ્રિન નેટવર્ક બનાવે છે, જે લ્યુકોસાઈટ્સના જોડાણને પ્રોત્સાહન આપે છે (54).એકવાર ફાઈબ્રિન નેટવર્ક રચાય પછી, ન્યુટ્રોફિલ્સના ઘૂસણખોરીને કારણે તીવ્ર બળતરા થશે.આ પગલામાં, ટ્યુમર નેક્રોસિસ ફેક્ટર-α (TNF-α), ઇન્ટરલ્યુકિન-4 (IL-4) અને IL-β જેવા વિવિધ સાયટોકાઇન્સ મુક્ત થાય છે, અને મોનોસાઇટ્સ ઇમ્પ્લાન્ટેશન સાઇટમાં ઘૂસણખોરી કરવાનું શરૂ કરે છે અને વિશાળ કોશિકાઓમાં તફાવત કરે છે.ફેજ (41, 55, 56).FBR ઘટાડવો હંમેશા એક પડકાર રહ્યો છે કારણ કે વધુ પડતી FBR તીવ્ર અને ક્રોનિક સોજાનું કારણ બની શકે છે, જે જીવલેણ ગૂંચવણો તરફ દોરી શકે છે.બેર ઇમ્પ્લાન્ટ અને LOIS ની આસપાસના પેશીઓમાં બેક્ટેરિયલ ચેપની અસરનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે, હેમેટોક્સિલિન અને ઇઓસિન (H&E) અને મેસન ટ્રાઇક્રોમ (MT) સ્ટેનિંગનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.એકદમ સબસ્ટ્રેટ સાથે રોપાયેલા સસલા માટે, ગંભીર બેક્ટેરિયલ ચેપ આગળ વધ્યો, અને H&E ટિશ્યુ સ્લાઇડ્સ સ્પષ્ટપણે બળતરાને કારણે ફોલ્લાઓ અને નેક્રોસિસ દર્શાવે છે.બીજી તરફ, અત્યંત મજબૂત એન્ટિ-બાયોફાઉલિંગ સપાટી LOIS બેક્ટેરિયાના સંલગ્નતાને અટકાવે છે, તેથી તે ચેપના કોઈ ચિહ્નો બતાવતી નથી અને બળતરા ઘટાડે છે (આકૃતિ 5C).એમટી સ્ટેનિંગના પરિણામોએ સમાન વલણ દર્શાવ્યું હતું.જો કે, MT સ્ટેનિંગ એ LOIS સાથે રોપાયેલા સસલામાં સોજો પણ દર્શાવ્યો હતો, જે દર્શાવે છે કે પુનઃપ્રાપ્તિ થવાની છે (આકૃતિ 5D).રોગપ્રતિકારક પ્રતિભાવની ડિગ્રીનો અભ્યાસ કરવા માટે, રોગપ્રતિકારક પ્રતિભાવ સંબંધિત સાઇટોકીન્સ TNF-α અને IL-6 નો ઉપયોગ કરીને ઇમ્યુનોહિસ્ટોકેમિકલ (IHC) સ્ટેનિંગ કરવામાં આવ્યું હતું.બેક્ટેરિયાના સંપર્કમાં ન હોય તેવા નગ્ન નકારાત્મક પ્રત્યારોપણની તુલના LOIS સાથે કરવામાં આવી હતી જે બેક્ટેરિયાના સંપર્કમાં આવી હતી પરંતુ બેક્ટેરિયાના ચેપની ગેરહાજરીમાં હીલિંગ પ્રક્રિયાનો અભ્યાસ કરવા માટે ચેપ લાગ્યો ન હતો.આકૃતિ 5E IHC સ્લાઇડની ઓપ્ટિકલ ઇમેજ બતાવે છે જે TNF-α વ્યક્ત કરે છે.બ્રાઉન વિસ્તાર રોગપ્રતિકારક પ્રતિભાવનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે, જે દર્શાવે છે કે LOIS માં રોગપ્રતિકારક પ્રતિભાવ થોડો ઓછો થયો છે.વધુમાં, LOIS માં IL-6 ની અભિવ્યક્તિ જંતુરહિત નગ્ન (આકૃતિ 5F) ની નકારાત્મક અભિવ્યક્તિ કરતાં નોંધપાત્ર રીતે ઓછી હતી.સાયટોકાઇન (આકૃતિ 5G) ને અનુરૂપ એન્ટિબોડી સ્ટેનિંગના વિસ્તારને માપીને સાયટોકાઇનની અભિવ્યક્તિનું પ્રમાણ નક્કી કરવામાં આવ્યું હતું.નકારાત્મક પ્રત્યારોપણના સંપર્કમાં આવેલા સસલાની સરખામણીમાં, LOIS સાથે રોપાયેલા સસલાના અભિવ્યક્તિ સ્તર ઓછા હતા, જે અર્થપૂર્ણ તફાવત દર્શાવે છે.સાયટોકિન અભિવ્યક્તિમાં ઘટાડો સૂચવે છે કે LOIS ના લાંબા ગાળાના, સ્થિર એન્ટિ-ફાઉલિંગ ગુણધર્મો માત્ર બેક્ટેરિયલ ચેપના નિષેધ સાથે સંબંધિત નથી, પરંતુ FBR ના ઘટાડા સાથે પણ છે, જે સબસ્ટ્રેટને વળગી રહેલા મેક્રોફેજ દ્વારા પ્રેરિત છે (53, 57, 58).તેથી, LOIS ના રોગપ્રતિકારક ચોરીના ગુણધર્મોને લીધે ઘટેલો રોગપ્રતિકારક પ્રતિભાવ ઇમ્પ્લાન્ટેશન પછી આડ અસરોને હલ કરી શકે છે, જેમ કે પ્લાસ્ટિક સર્જરી પછી વધુ પડતી રોગપ્રતિકારક પ્રતિક્રિયા.
(A) ચેપગ્રસ્ત ઓર્થોપેડિક ઇમ્પ્લાન્ટની સપાટી પર બાયોફિલ્મની રચના અને ફેલાવાની પદ્ધતિનો એક યોજનાકીય આકૃતિ.eDNA, એક્સ્ટ્રા સેલ્યુલર DNA.(બી) ઓર્થોપેડિક ઇમ્પ્લાન્ટ દાખલ કર્યા પછી રોગપ્રતિકારક પ્રતિભાવની યોજનાકીય રેખાકૃતિ.(C) H&E સ્ટેનિંગ અને (D) એકદમ પોઝિટિવ અને LOIS સાથે ઓર્થોપેડિક પ્રત્યારોપણની આસપાસના પેશીઓના MT સ્ટેનિંગ.રોગપ્રતિકારક-સંબંધિત સાયટોકાઇન્સ (E) TNF-α અને (F) IL-6 ના IHC એ નગ્ન-નકારાત્મક અને LOIS-રોપાયેલા સસલાની ડાઘવાળી છબીઓ છે.(G) વિસ્તાર કવરેજ માપન દ્વારા સાયટોકાઇન અભિવ્યક્તિનું પ્રમાણીકરણ (** P <0.01).
ડાયગ્નોસ્ટિક ઇમેજિંગ [એક્સ-રે અને માઈક્રો-કમ્પ્યુટેડ ટોમોગ્રાફી (CT)] અને ઑસ્ટિઓક્લાસ્ટ IHC નો ઉપયોગ કરીને LOIS ની જૈવ સુસંગતતા અને હાડકાની ઉપચાર પ્રક્રિયા પર તેની અસરની તપાસ કરવામાં આવી હતી.આકૃતિ 6A હાડકાના ઉપચારની પ્રક્રિયાને ત્રણ અલગ-અલગ તબક્કામાં સમાવિષ્ટ દર્શાવે છે: બળતરા, સમારકામ અને રિમોડેલિંગ.જ્યારે અસ્થિભંગ થાય છે, ત્યારે દાહક કોષો અને ફાઇબ્રોબ્લાસ્ટ્સ ફ્રેક્ચર થયેલા હાડકામાં પ્રવેશ કરશે અને વેસ્ક્યુલર પેશીઓમાં વૃદ્ધિ કરવાનું શરૂ કરશે.સમારકામના તબક્કા દરમિયાન, વેસ્ક્યુલર પેશીઓની વૃદ્ધિ અસ્થિભંગ સ્થળની નજીક ફેલાય છે.વેસ્ક્યુલર પેશી નવા હાડકાની રચના માટે પોષક તત્વો પ્રદાન કરે છે, જેને કેલસ કહેવાય છે.હાડકાના ઉપચારની પ્રક્રિયાનો અંતિમ તબક્કો રિમોડેલિંગનો તબક્કો છે, જેમાં સક્રિય ઓસ્ટિઓક્લાસ્ટ્સ (59) ના સ્તરમાં વધારાની મદદથી કોલસનું કદ સામાન્ય હાડકાના કદમાં ઘટાડી દેવામાં આવે છે.ફ્રેક્ચર સાઇટનું ત્રિ-પરિમાણીય (3D) પુનઃનિર્માણ માઇક્રો-CT સ્કેનનો ઉપયોગ કરીને દરેક જૂથમાં કોલસ રચનાના સ્તરમાં તફાવત જોવા માટે કરવામાં આવ્યું હતું.ફ્રેક્ચર થયેલ હાડકાની આસપાસના કોલસની જાડાઈનું અવલોકન કરવા માટે ઉર્વસ્થિના ક્રોસ-સેક્શનનું અવલોકન કરો (આકૃતિ 6, B અને C).દરેક જૂથ (આકૃતિ S9) માં હાડકાના પુનર્જીવનની વિવિધ પ્રક્રિયાઓનું અવલોકન કરવા માટે દર અઠવાડિયે તમામ જૂથોના અસ્થિભંગના સ્થળોની તપાસ કરવા માટે એક્સ-રેનો પણ ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.કેલસ અને પરિપક્વ હાડકાં અનુક્રમે વાદળી/લીલા અને હાથીદાંતમાં દર્શાવવામાં આવ્યા છે.મોટાભાગના સોફ્ટ પેશીઓને પ્રીસેટ થ્રેશોલ્ડ સાથે ફિલ્ટર કરવામાં આવે છે.ન્યુડ પોઝીટીવ અને SHP એ ફ્રેક્ચર સાઇટની આસપાસ નાની માત્રામાં કોલસની રચનાની પુષ્ટિ કરી.બીજી બાજુ, LOIS ની ખુલ્લી નકારાત્મક અને અસ્થિભંગની જગ્યા જાડા કોલસથી ઘેરાયેલી છે.માઈક્રો-સીટી ઈમેજીસ દર્શાવે છે કે બેક્ટેરિયલ ઈન્ફેક્શન અને ઈન્ફેક્શન-સંબંધિત બળતરા દ્વારા કોલસની રચના અવરોધાઈ હતી.આ એટલા માટે છે કારણ કે રોગપ્રતિકારક તંત્ર હાડકાના પુનઃપ્રાપ્તિને બદલે ચેપ-સંબંધિત બળતરાને કારણે થતી સેપ્ટિક ઇજાઓના ઉપચારને પ્રાથમિકતા આપે છે (60).ઑસ્ટિઓક્લાસ્ટ પ્રવૃત્તિ અને હાડકાના રિસોર્પ્શન (આકૃતિ 6D) (61)ને અવલોકન કરવા માટે IHC અને ટર્ટ્રેટ-પ્રતિરોધક એસિડ ફોસ્ફેટેઝ (TRAP) સ્ટેનિંગ કરવામાં આવ્યું હતું.નેકેડ પોઝીટીવ અને SHP માં માત્ર થોડા સક્રિય ઓસ્ટીયોક્લાસ્ટ સ્ટેઇન્ડ જાંબલી મળી આવ્યા હતા.બીજી તરફ, LOIS ના નગ્ન હકારાત્મક અને પરિપક્વ હાડકાં નજીક ઘણા સક્રિય ઓસ્ટિઓક્લાસ્ટ જોવા મળ્યા હતા.આ ઘટના સૂચવે છે કે ઓસ્ટિઓક્લાસ્ટ્સની હાજરીમાં, અસ્થિભંગની જગ્યાની આસપાસના કોલસ હિંસક રિમોડેલિંગ પ્રક્રિયામાંથી પસાર થાય છે (62).બધા જૂથોમાં અસ્થિભંગ સ્થળની આસપાસ કેલસ રચનાના સ્તરની તુલના કરવા માટે કેલસના હાડકાના જથ્થા અને ઓસ્ટિઓક્લાસ્ટ અભિવ્યક્તિ વિસ્તારને માપવામાં આવ્યો હતો, જેથી માઇક્રો-સીટી સ્કેન અને IHC પરિણામો (આકૃતિ 6E, 1 અને 2) ની માત્રા નક્કી કરી શકાય.અપેક્ષા મુજબ, LOIS માં નગ્ન નકારાત્મક અને કોલસ રચના અન્ય જૂથો કરતાં નોંધપાત્ર રીતે વધારે હતી, જે દર્શાવે છે કે હકારાત્મક હાડકાનું રિમોડેલિંગ થયું (63).આકૃતિ S10 સર્જીકલ સાઇટની ઓપ્ટિકલ ઇમેજ, સ્ક્રુની નજીક એકત્ર કરાયેલા પેશીના MT સ્ટેનિંગ પરિણામ અને સ્ક્રુ-બોન ઇન્ટરફેસને હાઇલાઇટ કરતું TRAP સ્ટેનિંગ પરિણામ દર્શાવે છે.એકદમ સબસ્ટ્રેટમાં, મજબૂત કેલસ અને ફાઇબ્રોસિસની રચના જોવા મળી હતી, જ્યારે LOIS-સારવાર કરાયેલ ઇમ્પ્લાન્ટ પ્રમાણમાં અનહેર્ડર સપાટી દર્શાવે છે.એ જ રીતે, નગ્ન નકારાત્મકની સરખામણીમાં, સફેદ તીરો દ્વારા સૂચવ્યા મુજબ, LOIS સાથે રોપાયેલા સસલામાં નીચલા ફાઇબ્રોસિસ જોવા મળ્યા હતા.વધુમાં, મજબૂત સોજો (વાદળી તીર) LOIS ના રોગપ્રતિકારક ચોરી ગુણધર્મોને આભારી હોઈ શકે છે, જેનાથી ગંભીર બળતરા ઘટાડે છે.ઇમ્પ્લાન્ટની આજુબાજુની નોન-સ્ટીક સપાટી અને ફાઇબ્રોસિસમાં ઘટાડો સૂચવે છે કે દૂર કરવાની પ્રક્રિયા સરળ છે, જે સામાન્ય રીતે અન્ય અસ્થિભંગ અથવા બળતરામાં પરિણમે છે.સ્ક્રુ દૂર કર્યા પછી હાડકાની હીલિંગ પ્રક્રિયાનું મૂલ્યાંકન સ્ક્રુ-બોન ઇન્ટરફેસ પર ઓસ્ટિઓક્લાસ્ટ પ્રવૃત્તિ દ્વારા કરવામાં આવ્યું હતું.બેર બોન અને LOIS ઈમ્પ્લાન્ટ ઈન્ટરફેસ બંને હાડકાના વધુ ઉપચાર માટે ઓસ્ટિઓક્લાસ્ટના સમાન સ્તરને શોષી લે છે, જે દર્શાવે છે કે LOIS કોટિંગની હાડકાના ઉપચાર અથવા રોગપ્રતિકારક પ્રતિભાવ પર કોઈ નકારાત્મક અસર નથી.LOIS પર કરવામાં આવેલ સપાટી ફેરફાર હાડકાના ઉપચારમાં દખલ કરતું નથી તેની ખાતરી કરવા માટે, એક્સ-રે પરીક્ષાનો ઉપયોગ સસલાના હાડકાના ઉપચારની તુલના ખુલ્લા નકારાત્મક આયનો અને LOIS ઇમ્પ્લાન્ટેશનના 6 અઠવાડિયા (આકૃતિ 6F) સાથે કરવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો.પરિણામો દર્શાવે છે કે બિનસંક્રમિત નગ્ન હકારાત્મક જૂથની તુલનામાં, LOIS એ હાડકાના ઉપચારની સમાન ડિગ્રી દર્શાવી હતી, અને બંને જૂથોમાં અસ્થિભંગ (સતત ઓસ્ટિઓલિસિસ લાઇન) ના કોઈ સ્પષ્ટ સંકેતો નહોતા.
(A) અસ્થિભંગ પછી હાડકાના ઉપચારની પ્રક્રિયાની યોજનાકીય રેખાકૃતિ.(બી) દરેક સપાટી જૂથના કેલસ રચનાની ડિગ્રીમાં તફાવત અને (C) ફ્રેક્ચર સાઇટની ક્રોસ-વિભાગીય છબી.(D) ઓસ્ટિઓક્લાસ્ટ પ્રવૃત્તિ અને હાડકાના રિસોર્પ્શનની કલ્પના કરવા માટે ટ્રેપ સ્ટેનિંગ.TRAP પ્રવૃત્તિના આધારે, કોર્ટિકલ હાડકાના બાહ્ય કોલસની રચનાનું માત્રાત્મક રીતે (E) (1) માઇક્રો-CT અને (2) ઑસ્ટિઓક્લાસ્ટ પ્રવૃત્તિ દ્વારા વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું.(F) ઇમ્પ્લાન્ટેશનના 6 અઠવાડિયા પછી, ખુલ્લા નકારાત્મક (લાલ ડૅશવાળા લંબચોરસ દ્વારા પ્રકાશિત) અને LOIS (વાદળી ડેશવાળા લંબચોરસ દ્વારા પ્રકાશિત) ના ફ્રેક્ચર્ડ હાડકાની એક્સ-રે છબીઓ.આંકડાકીય પૃથ્થકરણ એક-માર્ગી વિચલન (ANOVA) દ્વારા કરવામાં આવ્યું હતું.* પી <0.05.** પી <0.01.
ટૂંકમાં, LOIS ઓર્થોપેડિક પ્રત્યારોપણ માટે નવા પ્રકારની એન્ટીબેક્ટેરિયલ ચેપ વ્યૂહરચના અને રોગપ્રતિકારક એસ્કેપ કોટિંગ પ્રદાન કરે છે.SHP ફંક્શનલાઇઝેશન સાથેના પરંપરાગત ઓર્થોપેડિક પ્રત્યારોપણ ટૂંકા ગાળાના એન્ટિ-બાયોફાઉલિંગ ગુણધર્મો દર્શાવે છે, પરંતુ લાંબા સમય સુધી તેમના ગુણધર્મો જાળવી શકતા નથી.સબસ્ટ્રેટની સુપરહાઈડ્રોફોબિસિટી બેક્ટેરિયા અને સબસ્ટ્રેટ વચ્ચે હવાના પરપોટાને ફસાવે છે, ત્યાં હવાના ખિસ્સા બનાવે છે, ત્યાં બેક્ટેરિયાના ચેપને અટકાવે છે.જો કે, હવાના પ્રસારને કારણે, આ હવાના ખિસ્સા સરળતાથી દૂર થઈ જાય છે.બીજી બાજુ, LOIS એ બાયોફિલ્મ-સંબંધિત ચેપને રોકવાની તેની ક્ષમતા સારી રીતે સાબિત કરી છે.તેથી, સ્તરવાળી માઇક્રો/નેનો સ્ટ્રક્ચર સપાટીમાં ઇન્જેક્ટ કરાયેલ લુબ્રિકન્ટ સ્તરના અસ્વીકાર વિરોધી ગુણધર્મોને લીધે, ચેપ-સંબંધિત બળતરાને અટકાવી શકાય છે.SEM, AFM, XPS અને CA માપન સહિત વિવિધ પાત્રાલેખન પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ LOIS ઉત્પાદન પરિસ્થિતિઓને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે થાય છે.વધુમાં, LOIS સામાન્ય રીતે ઓર્થોપેડિક ફિક્સેશન સાધનોમાં ઉપયોગમાં લેવાતી વિવિધ જૈવિક સામગ્રી પર પણ લાગુ કરી શકાય છે, જેમ કે PLGA, Ti, PE, POM અને PPSU.પછી, રોગપ્રતિકારક પ્રતિભાવ સાથે સંબંધિત બેક્ટેરિયા અને જૈવિક પદાર્થો સામે તેના એન્ટિ-બાયોફાઉલિંગ ગુણધર્મોને સાબિત કરવા માટે LOIS નું વિટ્રોમાં પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું.પરિણામો દર્શાવે છે કે બેર ઈમ્પ્લાન્ટની સરખામણીમાં તેમાં ઉત્તમ એન્ટીબેક્ટેરિયલ અને એન્ટી બાયોફાઉલિંગ અસરો છે.વધુમાં, LOIS યાંત્રિક તાણ લાગુ કર્યા પછી પણ યાંત્રિક શક્તિ દર્શાવે છે, જે પ્લાસ્ટિક સર્જરીમાં અનિવાર્ય છે.માઇક્રો/નેનો સ્ટ્રક્ચરની સપાટી પર લ્યુબ્રિકન્ટના સ્વ-હીલિંગ ગુણધર્મોને લીધે, LOIS એ સફળતાપૂર્વક તેના એન્ટિ-જૈવિક ફાઉલિંગ ગુણધર્મોને જાળવી રાખ્યું છે.વિવોમાં LOIS ની જૈવ સુસંગતતા અને એન્ટિબેક્ટેરિયલ ગુણધર્મોનો અભ્યાસ કરવા માટે, LOIS ને 4 અઠવાડિયા માટે સસલાના ઉર્વસ્થિમાં રોપવામાં આવ્યું હતું.LOIS સાથે રોપાયેલા સસલામાં કોઈ બેક્ટેરિયલ ચેપ જોવા મળ્યો ન હતો.વધુમાં, IHC ના ઉપયોગથી સ્થાનિક રોગપ્રતિકારક પ્રતિભાવમાં ઘટાડો થયો છે, જે દર્શાવે છે કે LOIS અસ્થિ હીલિંગ પ્રક્રિયાને અટકાવતું નથી.LOIS ઉત્તમ એન્ટિબેક્ટેરિયલ અને રોગપ્રતિકારક ચોરી ગુણધર્મો દર્શાવે છે, અને ઓર્થોપેડિક શસ્ત્રક્રિયા પહેલાં અને તે દરમિયાન, ખાસ કરીને હાડકાના સંશ્લેષણ માટે બાયોફિલ્મની રચનાને અસરકારક રીતે અટકાવવા માટે સાબિત થયું છે.રેબિટ બોન મેરો ઇન્ફ્લેમેટરી ફેમોરલ ફ્રેક્ચર મોડલનો ઉપયોગ કરીને, પ્રિ-ઇન્ક્યુબેટેડ પ્રત્યારોપણ દ્વારા પ્રેરિત બોન હીલિંગ પ્રક્રિયા પર બાયોફિલ્મ-સંબંધિત ચેપની અસરનો ઊંડો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો.ભવિષ્યના અભ્યાસ તરીકે, સમગ્ર હીલિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન બાયોફિલ્મ-સંબંધિત ચેપને સંપૂર્ણ રીતે સમજવા અને અટકાવવા માટે ઇમ્પ્લાન્ટેશન પછી સંભવિત ચેપનો અભ્યાસ કરવા માટે નવા ઇન વિવો મોડલની જરૂર છે.વધુમાં, LOIS સાથે એકીકરણમાં ઓસ્ટિઓઇન્ડક્શન હજુ પણ એક વણઉકેલાયેલ પડકાર છે.પડકારને પહોંચી વળવા માટે LOIS સાથે ઑસ્ટિઓઇન્ડક્ટિવ કોશિકાઓ અથવા પુનર્જીવિત દવાઓના પસંદગીયુક્ત સંલગ્નતાને જોડવા માટે વધુ સંશોધનની જરૂર છે.એકંદરે, LOIS એ યાંત્રિક મજબૂતાઈ અને ઉત્કૃષ્ટ એન્ટિ-બાયોફાઉલિંગ ગુણધર્મો સાથે આશાસ્પદ ઓર્થોપેડિક ઇમ્પ્લાન્ટ કોટિંગનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે, જે SSI અને રોગપ્રતિકારક આડ અસરોને ઘટાડી શકે છે.
દૂષકોને દૂર કરવા માટે 15 મીમી x 15 મીમી x 1 મીમી 304 SS સબસ્ટ્રેટ (ડોંગ કાંગ એમ-ટેક કંપની, કોરિયા) એસીટોન, EtOH અને DI પાણીમાં 15 મિનિટ સુધી ધોવા.સપાટી પર સૂક્ષ્મ/નેનો-સ્તરનું માળખું બનાવવા માટે, સાફ કરેલ સબસ્ટ્રેટને 50 °C તાપમાને 48% થી 51% HF સોલ્યુશન (DUKSAN Corp., દક્ષિણ કોરિયા) માં બોળી દેવામાં આવે છે.કોતરણીનો સમય 0 થી 60 મિનિટ સુધી બદલાય છે.પછી, કોતરેલા સબસ્ટ્રેટને ડીયોનાઇઝ્ડ પાણીથી સાફ કરવામાં આવ્યું અને સપાટી પર ક્રોમિયમ ઓક્સાઇડ પેસિવેશન સ્તર બનાવવા માટે 30 મિનિટ માટે 65% HNO3 (Korea DUKSAN Corp.) સોલ્યુશનમાં 50°C પર મૂકવામાં આવ્યું.નિષ્ક્રિયકરણ પછી, સબસ્ટ્રેટને ડીયોનાઇઝ્ડ પાણીથી ધોવામાં આવે છે અને સ્તરવાળી રચના સાથે સબસ્ટ્રેટ મેળવવા માટે સૂકવવામાં આવે છે.આગળ, સબસ્ટ્રેટ ઓક્સિજન પ્લાઝ્મા (100 W, 3 મિનિટ) ના સંપર્કમાં આવ્યું અને તરત જ 8.88 mM POTS (Sigma-Aldrich, Germany) ના સોલ્યુશનમાં 12 કલાક માટે ઓરડાના તાપમાને ટોલ્યુએનમાં ડૂબી ગયું.પછી, POTS સાથે કોટેડ સબસ્ટ્રેટને EtOH વડે સાફ કરવામાં આવ્યું હતું, અને ગાઢ POTS SAM મેળવવા માટે 2 કલાક માટે 150°C પર એનેલ કરવામાં આવ્યું હતું.SAM કોટિંગ પછી, 20 μm/cm 2 ના લોડિંગ વોલ્યુમ સાથે પરફ્લુરોપોલેથર લુબ્રિકન્ટ (Krytox 101; DuPont, USA) લાગુ કરીને સબસ્ટ્રેટ પર લુબ્રિકન્ટ સ્તર બનાવવામાં આવ્યું હતું. ઉપયોગ કરતા પહેલા, 0.2 માઇક્રોન ફિલ્ટર દ્વારા લુબ્રિકન્ટને ફિલ્ટર કરો.15 મિનિટ માટે 45°ના ખૂણા પર ટિલ્ટ કરીને વધારાનું લુબ્રિકન્ટ દૂર કરો.304 SS (લોકીંગ પ્લેટ અને કોર્ટિકલ લોકીંગ સ્ક્રૂ; ડોંગ કાંગ એમ-ટેક કંપની, કોરિયા) ના બનેલા ઓર્થોપેડિક પ્રત્યારોપણ માટે સમાન ઉત્પાદન પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.બધા ઓર્થોપેડિક પ્રત્યારોપણ સસલાના ઉર્વસ્થિની ભૂમિતિને ફિટ કરવા માટે રચાયેલ છે.
સબસ્ટ્રેટ અને ઓર્થોપેડિક પ્રત્યારોપણની સપાટીના મોર્ફોલોજીનું ફિલ્ડ એમિશન SEM (Inspect F50, FEI, USA) અને AFM (XE-100, પાર્ક સિસ્ટમ્સ, દક્ષિણ કોરિયા) દ્વારા નિરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું.સપાટીની ખરબચડી (Ra, Rq) 20 μm ના ક્ષેત્રફળને 20 μm (n=4) વડે ગુણાકાર કરીને માપવામાં આવે છે.સપાટીની રાસાયણિક રચનાનું પૃથ્થકરણ કરવા માટે 100μm2 ના સ્પોટ સાઈઝ સાથે અલ Kα એક્સ-રે સ્ત્રોતથી સજ્જ XPS (PHI 5000 VersaProbe, ULVAC PHI, જાપાન) સિસ્ટમનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.ડાયનેમિક ઇમેજ કૅપ્ચર કૅમેરા (સ્માર્ટડ્રોપ, ફેમટોબાયોમેડ, દક્ષિણ કોરિયા)થી સજ્જ CA માપન પ્રણાલીનો ઉપયોગ પ્રવાહી CA અને SA માપવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો.દરેક માપન માટે, CA માપવા માટે સપાટી પર 6 થી 10 μl ટીપાં (ડીયોનાઇઝ્ડ પાણી, ઘોડાનું લોહી, EG, 30% ઇથેનોલ અને HD) મૂકવામાં આવે છે.જ્યારે સબસ્ટ્રેટનો ઝોક કોણ 2°/s (n = 4) ની ઝડપે વધે છે, ત્યારે SA માપવામાં આવે છે જ્યારે ટીપું પડે છે.
સ્યુડોમોનાસ એરુગિનોસા [અમેરિકન ટાઇપ કલ્ચર કલેક્શન (એટીસીસી) 27853] અને એમઆરએસએ (એટીસીસી 25923) એટીસીસી (માનાસાસ, વર્જિનિયા, યુએસએ) પાસેથી ખરીદવામાં આવ્યા હતા અને સ્ટોક કલ્ચર -80 ડિગ્રી સેલ્સિયસ પર જાળવવામાં આવ્યું હતું.ઉપયોગ કરતા પહેલા, ફ્રોઝન કલ્ચરને ટ્રિપ્સિન-પીગળેલા સોયાબીન બ્રોથ (કોમેડ, કોરિયા)માં 18 કલાક માટે 37 ડિગ્રી સેલ્સિયસ પર ઉકાળવામાં આવ્યું હતું અને પછી તેને સક્રિય કરવા માટે બે વાર સ્થાનાંતરિત કરવામાં આવ્યું હતું.ઇન્ક્યુબેશન પછી, કલ્ચરને 10,000 rpm પર 10 મિનિટ માટે 4°C પર સેન્ટ્રીફ્યુજ કરવામાં આવ્યું હતું અને PBS (pH 7.3) સોલ્યુશન વડે બે વાર ધોવામાં આવ્યું હતું.સેન્ટ્રીફ્યુજ્ડ કલ્ચર પછી બ્લડ અગર પ્લેટ્સ (BAP) પર સબકલ્ચર થાય છે.એમઆરએસએ અને સ્યુડોમોનાસ એરુગિનોસા રાતોરાત તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા અને લ્યુરિયા-બર્ટાની બ્રોથમાં સંવર્ધન કરવામાં આવ્યા હતા.ઇનોક્યુલમમાં સ્યુડોમોનાસ એરુગિનોસા અને MRSA ની સાંદ્રતા અગર પરના સીરીયલ ડિલ્યુશનમાં સસ્પેન્શનના CFU દ્વારા જથ્થાત્મક રીતે નક્કી કરવામાં આવી હતી.પછી, બેક્ટેરિયાની સાંદ્રતાને 0.5 મેકફાર્લેન્ડ સ્ટાન્ડર્ડમાં સમાયોજિત કરો, જે 108 CFU/ml ની સમકક્ષ છે.પછી કાર્યરત બેક્ટેરિયલ સસ્પેન્શનને 100 વખત 106 CFU/ml સુધી પાતળું કરો.એન્ટિબેક્ટેરિયલ સંલગ્નતા ગુણધર્મોને ચકાસવા માટે, સબસ્ટ્રેટને ઉપયોગ કરતા પહેલા 15 મિનિટ માટે 121°C પર વંધ્યીકૃત કરવામાં આવ્યું હતું.પછી સબસ્ટ્રેટને 25 મિલી બેક્ટેરિયલ સસ્પેન્શનમાં સ્થાનાંતરિત કરવામાં આવ્યું હતું અને 12 અને 72 કલાક માટે જોરશોરથી ધ્રુજારી (200 આરપીએમ) સાથે 37 ડિગ્રી સેલ્સિયસ પર ઉકાળવામાં આવ્યું હતું.ઇન્ક્યુબેશન પછી, દરેક સબસ્ટ્રેટને ઇન્ક્યુબેટરમાંથી દૂર કરવામાં આવ્યો હતો અને સપાટી પરના કોઈપણ તરતા બેક્ટેરિયાને દૂર કરવા માટે પીબીએસ સાથે 3 વખત ધોવામાં આવ્યો હતો.સબસ્ટ્રેટ પર બાયોફિલ્મનું અવલોકન કરવા માટે, બાયોફિલ્મને મિથેનોલથી ઠીક કરવામાં આવી હતી અને 1 મિલી ક્રિમિડિન ઓરેન્જથી 2 મિનિટ માટે સ્ટેઇન્ડ કરવામાં આવી હતી.પછી સ્ટેઇન્ડ બાયોફિલ્મના ચિત્રો લેવા માટે ફ્લોરોસેન્સ માઇક્રોસ્કોપ (BX51TR, ઓલિમ્પસ, જાપાન) નો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.સબસ્ટ્રેટ પર બાયોફિલ્મનું પ્રમાણ નક્કી કરવા માટે, જોડાયેલ કોષોને મણકા વમળ પદ્ધતિ દ્વારા સબસ્ટ્રેટથી અલગ કરવામાં આવ્યા હતા, જે જોડાયેલ બેક્ટેરિયા (n = 4) દૂર કરવા માટે સૌથી યોગ્ય પદ્ધતિ માનવામાં આવતી હતી.જંતુરહિત ફોર્સેપ્સનો ઉપયોગ કરીને, વૃદ્ધિના માધ્યમમાંથી સબસ્ટ્રેટને દૂર કરો અને વધારાનું પ્રવાહી દૂર કરવા માટે સારી પ્લેટને ટેપ કરો.જંતુરહિત પીબીએસ સાથે બે વાર ધોવાથી છૂટક રીતે જોડાયેલા કોષો દૂર કરવામાં આવ્યા હતા.દરેક સબસ્ટ્રેટને પછી જંતુરહિત ટેસ્ટ ટ્યુબમાં સ્થાનાંતરિત કરવામાં આવ્યું હતું જેમાં 9 મિલી 0.1% પ્રોટીન એપીટી સલાઈન (PSW) અને 2 ગ્રામ 20 થી 25 જંતુરહિત કાચની માળા (0.4 થી 0.5 મીમી વ્યાસ) હતી.ત્યારબાદ સેમ્પલમાંથી કોષોને અલગ કરવા માટે તેને 3 મિનિટ સુધી વમળવામાં આવ્યું હતું.વોર્ટેક્સીંગ પછી, સસ્પેન્શનને 0.1% PSW સાથે 10-ગણું ક્રમશઃ પાતળું કરવામાં આવ્યું હતું, અને પછી BAP પર દરેક મંદનનું 0.1 મિલી ઇનોક્યુલેટ કરવામાં આવ્યું હતું.37 ડિગ્રી સેલ્સિયસ પર 24 કલાકના ઇન્ક્યુબેશન પછી, CFU ની ગણતરી મેન્યુઅલી કરવામાં આવી હતી.
કોષો માટે, માઉસ ફાઇબ્રોબ્લાસ્ટ્સ NIH/3T3 (CRL-1658; અમેરિકન ATCC) અને માઉસ મેક્રોફેજ RAW 264.7 (TIB-71; અમેરિકન ATCC) નો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.માઉસ ફાઈબ્રોબ્લાસ્ટને સંવર્ધન કરવા અને 10% વાછરડાના સીરમ (S103-01, વેલજેન) અને 1% પેનિસિલિન-સ્ટ્રેપ્ટોમાસીન (PS; LS2020202-2020) સાથે પૂરક બનાવવા માટે ડુલ્બેકોના સંશોધિત ઇગલ માધ્યમ (DMEM; LM001-05, Welgene, Korea) નો ઉપયોગ કરો. 10% ફેટલ બોવાઇન સીરમ (S001-01, વેલ્જેન) અને 1% PS સાથે માઉસ મેક્રોફેજને સંવર્ધન કરવા માટે DMEM નો ઉપયોગ કરો, અને 105 કોષો/cm2 પર સબસ્ટ્રેટ મૂકો. કોષોને 37°C અને 5% CO2 પર 20 મિનિટ માટે 4% પેરાફોર્માલ્ડીહાઇડ સાથે સ્થિર કરવામાં આવ્યા હતા અને 50nM ટેટ્રામિથિલમાં સબસ્ટ્રેટને 0.5% ટ્રાઇટન એક્સ ઇન્ક્યુબેટમાં નિમજ્જિત કરવામાં આવ્યા હતા 30 મિનિટ માટે 37°C પર, 4′,6-diamino-2-phenylindole (H -1200, Vector Laboratories, UK) VECTASHIELD ફિક્સેશન માધ્યમ (n = 4 પ્રતિ કોષ) સાથે સબસ્ટ્રેટનો ઉપયોગ કરો , fluorescein, fluorescein isothiocyanate-albumin (A9771, Sigma-Aldrich, Germany) અને માનવ પ્લાઝ્મા The Alexa Fluor 488-conjugated fibrinogen (F13191, Invitrogen, USA) PBS (10 mM, pH4) માં ઓગળ્યું હતું.આલ્બ્યુમિન અને ફાઈબ્રિનોજનની સાંદ્રતા અનુક્રમે 1 અને 150 μg/ml હતી.સબસ્ટ્રેટ પછી પ્રોટીન સોલ્યુશનમાં ડૂબાડતા પહેલા, સપાટીને ફરીથી હાઇડ્રેટ કરવા માટે પીબીએસ સાથે કોગળા કરો.પછી પ્રોટીન સોલ્યુશન ધરાવતી છ-વેલ પ્લેટમાં તમામ સબસ્ટ્રેટને નિમજ્જન કરો અને 37°C પર 30 અને 90 મિનિટ માટે ઉકાળો.ઇન્ક્યુબેશન પછી, સબસ્ટ્રેટને પ્રોટીન સોલ્યુશનમાંથી દૂર કરવામાં આવ્યું હતું, પીબીએસ સાથે 3 વખત હળવા હાથે ધોવામાં આવ્યું હતું અને 4% પેરાફોર્માલ્ડિહાઇડ (દરેક પ્રોટીન માટે n = 4) સાથે નિશ્ચિત કરવામાં આવ્યું હતું.કેલ્શિયમ માટે, સોડિયમ ક્લોરાઇડ (0.21 એમ) અને પોટેશિયમ ફોસ્ફેટ (3.77 એમએમ) ) ડીયોનાઇઝ્ડ પાણીમાં ઓગળવામાં આવ્યું હતું.હાઇડ્રોક્લોરાઇડ સોલ્યુશન (1M) ઉમેરીને સોલ્યુશનનું pH 2.0 પર એડજસ્ટ કરવામાં આવ્યું હતું.પછી કેલ્શિયમ ક્લોરાઇડ (5.62 એમએમ) ઉકેલમાં ઓગળવામાં આવ્યું હતું.1M tris(hydroxymethyl)-એમિનો મિથેન ઉમેરીને દ્રાવણના pH ને 7.4 પર ગોઠવે છે.1.5× કેલ્શિયમ ફોસ્ફેટ સોલ્યુશનથી ભરેલી છ-વેલ પ્લેટમાં તમામ સબસ્ટ્રેટને બોળી દો અને 30 મિનિટ પછી દ્રાવણમાંથી દૂર કરો.સ્ટેનિંગ માટે, 2 ગ્રામ એલિઝારિન રેડ એસ (CI 58005) 100 મિલી ડીયોનાઇઝ્ડ પાણી સાથે મિક્સ કરો.પછી, pH ને 4 માં સમાયોજિત કરવા માટે 10% એમોનિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડનો ઉપયોગ કરો. એલિઝારિન રેડ સોલ્યુશન વડે સબસ્ટ્રેટને 5 મિનિટ માટે રંગી દો, અને પછી વધારાનો રંગ અને ડાઘને દૂર કરો.ધ્રુજારી પ્રક્રિયા પછી, સબસ્ટ્રેટને દૂર કરો.સામગ્રીને નિર્જલીકૃત કરવામાં આવે છે, પછી એસીટોનમાં 5 મિનિટ માટે ડૂબવામાં આવે છે, પછી એસીટોન-ઝાયલીન (1:1) દ્રાવણમાં 5 મિનિટ માટે ડુબાડવામાં આવે છે, અને અંતે xylene (n = 4) સાથે ધોવાઇ જાય છે.×10 અને ×20 ઑબ્જેક્ટિવ લેન્સ સાથે ફ્લોરોસેન્સ માઇક્રોસ્કોપ (એક્સિઓ ઇમેજર) નો ઉપયોગ થાય છે..A2m, Zeiss, Germany) બધા સબસ્ટ્રેટની છબીઓ.ImageJ/FIJI (https://imagej.nih.gov/ij/) નો ઉપયોગ ચાર અલગ અલગ ઇમેજિંગ વિસ્તારોના દરેક જૂથ પર જૈવિક પદાર્થોના સંલગ્નતા ડેટાને માપવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો.સબસ્ટ્રેટ સરખામણી માટે નિશ્ચિત થ્રેશોલ્ડ સાથે તમામ છબીઓને દ્વિસંગી છબીઓમાં કન્વર્ટ કરો.
ઝીસ એલએસએમ 700 કોન્ફોકલ માઇક્રોસ્કોપનો ઉપયોગ પ્રતિબિંબ મોડમાં પીબીએસમાં લ્યુબ્રિકન્ટ સ્તરની સ્થિરતા પર દેખરેખ રાખવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો.ઇન્જેક્ટેડ લ્યુબ્રિકેટિંગ લેયર સાથે ફ્લોરિન આધારિત SAM-કોટેડ ગ્લાસ સેમ્પલને PBS સોલ્યુશનમાં ડૂબાડવામાં આવ્યું હતું અને હળવા ધ્રુજારીની સ્થિતિમાં (120 rpm) ઓર્બિટલ શેકર (SHO-1D; ડાયહાન સાયન્ટિફિક, દક્ષિણ કોરિયા) નો ઉપયોગ કરીને પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું.પછી નમૂના લો અને પ્રતિબિંબિત પ્રકાશના નુકસાનને માપીને લુબ્રિકન્ટના નુકસાનનું નિરીક્ષણ કરો.પ્રતિબિંબ મોડમાં ફ્લોરોસેન્સ ઇમેજ મેળવવા માટે, નમૂનાને 633 nm લેસરના સંપર્કમાં લાવવામાં આવે છે અને પછી એકત્રિત કરવામાં આવે છે, કારણ કે નમૂનામાંથી પ્રકાશ પાછો પ્રતિબિંબિત થશે.નમૂનાઓ 0, 30, 60 અને 120 કલાકના સમયાંતરે માપવામાં આવ્યા હતા.
ઓર્થોપેડિક પ્રત્યારોપણના નેનોમેકનિકલ ગુણધર્મો પર સપાટીના ફેરફારની પ્રક્રિયાના પ્રભાવને નિર્ધારિત કરવા માટે, નેનોઈન્ડેન્ડિઓન માપવા માટે ત્રણ-બાજુ પિરામિડ આકારની બર્કોવિચ ડાયમંડ ટીપથી સજ્જ નેનોઈન્ડેન્ટર (TI 950 TriboIndenter, Hysitron, USA) નો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.પીક લોડ 10 mN છે અને વિસ્તાર 100μmx 100μm છે.તમામ માપ માટે, લોડિંગ અને અનલોડિંગનો સમય 10 સેકન્ડ છે અને પીક ઇન્ડેન્ટેશન લોડ હેઠળ હોલ્ડિંગનો સમય 2 સેકન્ડ છે.પાંચ અલગ અલગ સ્થાનો પરથી માપ લો અને સરેરાશ લો.લોડ હેઠળના યાંત્રિક શક્તિ પ્રદર્શનનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે, સાર્વત્રિક પરીક્ષણ મશીન (ઇન્સ્ટ્રોન 5966, ઇન્સ્ટ્રોન, યુએસએ) નો ઉપયોગ કરીને ટ્રાંસવર્સ થ્રી-પોઇન્ટ બેન્ડિંગ ટેસ્ટ કરવામાં આવી હતી.સબસ્ટ્રેટને વધારાના ભાર સાથે 10 N/s ના સ્થિર દરે સંકુચિત કરવામાં આવે છે.બ્લુહિલ યુનિવર્સલ સોફ્ટવેર પ્રોગ્રામ (n = 3) નો ઉપયોગ ફ્લેક્સરલ મોડ્યુલસ અને મહત્તમ સંકુચિત તણાવની ગણતરી કરવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો.
ઓપરેશન પ્રક્રિયા અને ઓપરેશન દરમિયાન થતા સંબંધિત યાંત્રિક નુકસાનનું અનુકરણ કરવા માટે, ઓપરેશન પ્રક્રિયા વિટ્રોમાં કરવામાં આવી હતી.ફેમર્સ મૃત્યુદંડ ન્યુઝીલેન્ડના સફેદ સસલામાંથી એકત્રિત કરવામાં આવ્યા હતા.ઉર્વસ્થિને 1 અઠવાડિયા માટે 4% પેરાફોર્માલ્ડીહાઇડમાં સાફ અને નિશ્ચિત કરવામાં આવ્યું હતું.પ્રાણીઓની પ્રયોગ પદ્ધતિમાં વર્ણવ્યા મુજબ, નિશ્ચિત ઉર્વસ્થિનું સર્જિકલ ઓપરેશન કરવામાં આવ્યું હતું.ઓપરેશન પછી, ઓર્થોપેડિક ઇમ્પ્લાન્ટને 10 સેકન્ડ માટે લોહી (ઘોડાનું લોહી, કિસાન, કોરિયા) માં ડૂબવામાં આવ્યું હતું કે યાંત્રિક ઇજા લાગુ થયા પછી લોહીનું સંલગ્નતા થયું હતું કે કેમ (n = 3).
કુલ 24 નર ન્યુઝીલેન્ડના સફેદ સસલા (વજન 3.0 થી 3.5 કિગ્રા, સરેરાશ ઉંમર 6 મહિના) અવ્યવસ્થિત રીતે ચાર જૂથોમાં વિભાજિત કરવામાં આવ્યા હતા: નગ્ન નકારાત્મક, નગ્ન હકારાત્મક, SHP અને LOIS.પ્રાણીઓને લગતી તમામ પ્રક્રિયાઓ સંસ્થાકીય પશુ સંભાળ અને ઉપયોગ સમિતિ (IACUC મંજૂર, KOREA-2017-0159) ના નૈતિક ધોરણો અનુસાર કરવામાં આવી હતી.ઓર્થોપેડિક ઈમ્પ્લાન્ટમાં ફ્રેક્ચર ફિક્સેશન માટે પાંચ છિદ્રો (લંબાઈ 41 મીમી, પહોળાઈ 7 મીમી અને જાડાઈ 2 મીમી) અને કોર્ટિકલ લોકીંગ સ્ક્રૂ (લંબાઈ 12 મીમી, વ્યાસ 2.7 મીમી) સાથે લોકીંગ પ્લેટનો સમાવેશ થાય છે.એકદમ નેગેટિવ જૂથમાં ઉપયોગમાં લેવાતી પ્લેટો અને સ્ક્રૂ સિવાય, તમામ પ્લેટો અને સ્ક્રૂને MRSA સસ્પેન્શન (106 CFU/ml)માં 12 કલાક માટે ઉકાળવામાં આવ્યાં હતાં.નગ્ન-નકારાત્મક જૂથ (n=6) ને બેક્ટેરિયલ સસ્પેન્શનના સંપર્કમાં આવ્યા વિના, ચેપ માટે નકારાત્મક નિયંત્રણ તરીકે, નગ્ન સપાટીના પ્રત્યારોપણ સાથે સારવાર આપવામાં આવી હતી.એકદમ સકારાત્મક જૂથ (n = 6) ને ચેપ માટે હકારાત્મક નિયંત્રણ તરીકે બેક્ટેરિયાના સંપર્કમાં આવતા સપાટીના પ્રત્યારોપણ સાથે સારવાર કરવામાં આવી હતી.SHP જૂથ (n = 6) ની સારવાર બેક્ટેરિયાથી ખુલ્લી SHP પ્રત્યારોપણ સાથે કરવામાં આવી હતી.છેલ્લે, LOIS જૂથની સારવાર બેક્ટેરિયલ-એક્સપોઝ્ડ LOIS પ્રત્યારોપણ (n = 6) સાથે કરવામાં આવી હતી.બધા પ્રાણીઓને પાંજરામાં રાખવામાં આવે છે, અને ઘણો ખોરાક અને પાણી આપવામાં આવે છે.ઓપરેશન પહેલા, સસલાને 12 કલાક માટે ઉપવાસ કરવામાં આવ્યા હતા.ઇન્ડક્શન માટે ઝાયલાઝિન (5mg/kg)ના ઇન્ટ્રામસ્ક્યુલર ઇન્જેક્શન અને પેક્લિટાક્સેલ (3mg/kg)ના ઇન્ટ્રાવેનસ ઇન્જેક્શન દ્વારા પ્રાણીઓને એનેસ્થેટાઇઝ કરવામાં આવ્યા હતા.તે પછી, એનેસ્થેસિયા જાળવવા માટે શ્વસનતંત્ર દ્વારા 2% આઇસોફ્લુરેન અને 50% થી 70% મેડિકલ ઓક્સિજન (પ્રવાહ દર 2 એલ/મિનિટ) પહોંચાડો.તે બાજુની ઉર્વસ્થિના સીધા અભિગમ દ્વારા રોપવામાં આવે છે.વાળ દૂર કર્યા પછી અને ત્વચાના પોવિડોન-આયોડિન જીવાણુ નાશકક્રિયા પછી, ડાબા મધ્ય ઉર્વસ્થિની બહાર લગભગ 6 સેમી લાંબો ચીરો બનાવવામાં આવ્યો હતો.ઉર્વસ્થિને આવરી લેતા સ્નાયુઓ વચ્ચેનું અંતર ખોલીને, ઉર્વસ્થિ સંપૂર્ણપણે ખુલ્લી થાય છે.પ્લેટને ફેમોરલ શાફ્ટની સામે મૂકો અને તેને ચાર સ્ક્રૂથી ઠીક કરો.ફિક્સેશન પછી, બીજા છિદ્ર અને ચોથા છિદ્ર વચ્ચેના વિસ્તારમાં કૃત્રિમ રીતે અસ્થિભંગ બનાવવા માટે સો બ્લેડ (1 મીમી જાડા) નો ઉપયોગ કરો.ઓપરેશનના અંતે, ઘાને ખારાથી ધોઈ નાખવામાં આવ્યો હતો અને ટાંકીઓથી બંધ કરવામાં આવ્યો હતો.દરેક સસલાને ખારામાં એક તૃતીયાંશ ભેળવેલું એન્રોફ્લોક્સાસીન (5 મિલિગ્રામ/કિગ્રા) સાથે સબક્યુટેનીયસ ઇન્જેક્ટ કરવામાં આવ્યું હતું.અસ્થિની ઓસ્ટીયોટોમીની પુષ્ટિ કરવા માટે તમામ પ્રાણીઓમાં (0, 7, 14, 21, 28 અને 42 દિવસ) ઉર્વસ્થિના પોસ્ટઓપરેટિવ એક્સ-રે લેવામાં આવ્યા હતા.ઊંડા એનેસ્થેસિયા પછી, બધા પ્રાણીઓને 28 અને 42 દિવસે નસમાં KCl (2 mmol/kg) દ્વારા મારવામાં આવ્યા હતા.એક્ઝેક્યુશન પછી, ચાર જૂથો વચ્ચે હાડકાની હીલિંગ પ્રક્રિયા અને નવા હાડકાની રચનાનું નિરીક્ષણ કરવા અને તેની તુલના કરવા માટે ઉર્વસ્થિને માઇક્રો-સીટી દ્વારા સ્કેન કરવામાં આવી હતી.
અમલ પછી, ઓર્થોપેડિક પ્રત્યારોપણ સાથે સીધા સંપર્કમાં રહેલા નરમ પેશીઓ એકત્રિત કરવામાં આવ્યા હતા.પેશીને રાતોરાત 10% તટસ્થ બફરવાળા ફોર્મેલિનમાં ઠીક કરવામાં આવી હતી અને પછી EtOH માં નિર્જલીકૃત કરવામાં આવી હતી.નિર્જલીકૃત પેશીને પેરાફિનમાં જડવામાં આવી હતી અને માઇક્રોટોમ (400CS; EXAKT, જર્મની) નો ઉપયોગ કરીને 40 μm ની જાડાઈ પર વિભાગ કરવામાં આવી હતી.ચેપની કલ્પના કરવા માટે, H&E સ્ટેનિંગ અને MT સ્ટેનિંગ કરવામાં આવ્યું હતું.યજમાનના પ્રતિભાવને ચકાસવા માટે, વિભાગવાળી પેશીને સસલા વિરોધી TNF-α પ્રાથમિક એન્ટિબોડી (AB6671, Abcam, USA) અને સસલા વિરોધી IL-6 (AB6672; Abcam, USA) સાથે ઉકાળવામાં આવી હતી, અને પછી હોર્સરાડિશ સાથે સારવાર કરવામાં આવી હતી.ઓક્સિડેઝ.ઉત્પાદકની સૂચનાઓ અનુસાર વિભાગોમાં એવિડિન-બાયોટિન કોમ્પ્લેક્સ (ABC) સ્ટેનિંગ સિસ્ટમ લાગુ કરો.બ્રાઉન રિએક્શન પ્રોડક્ટ તરીકે દેખાવા માટે, તમામ ભાગોમાં 3,3-ડાયામિનોબેન્ઝિડિનનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.ડિજિટલ સ્લાઇડ સ્કેનર (પેનોરેમિક 250 ફ્લેશ III, 3DHISTECH, હંગેરી) નો ઉપયોગ તમામ સ્લાઇસેસને વિઝ્યુઅલાઈઝ કરવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો, અને દરેક જૂથમાં ઓછામાં ઓછા ચાર સબસ્ટ્રેટનું ImageJ સોફ્ટવેર દ્વારા વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું.
શસ્ત્રક્રિયા પછી અને દર અઠવાડિયે ફ્રેક્ચર હીલિંગનું નિરીક્ષણ કરવા માટે તમામ પ્રાણીઓમાં એક્સ-રે છબીઓ લેવામાં આવી હતી (n=6 પ્રતિ જૂથ).એક્ઝેક્યુશન પછી, હીલિંગ પછી ઉર્વસ્થિની આસપાસ કોલસની રચનાની ગણતરી કરવા માટે ઉચ્ચ-રીઝોલ્યુશન માઇક્રો-સીટીનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.મેળવેલ ઉર્વસ્થિને સાફ કરવામાં આવ્યું હતું, 4% પેરાફોર્માલ્ડીહાઈડમાં 3 દિવસ માટે નિશ્ચિત કરવામાં આવ્યું હતું અને 75% ઇથેનોલમાં નિર્જલીકૃત કરવામાં આવ્યું હતું.હાડકાના નમૂનાની 3D વોક્સેલ ઇમેજ (2240×2240 પિક્સેલ્સ) બનાવવા માટે માઇક્રો-CT (SkyScan 1173, બ્રૂક માઇક્રો-CT, કેન્ડી, બેલ્જિયમ) નો ઉપયોગ કરીને નિર્જલીકૃત હાડકાંને સ્કેન કરવામાં આવ્યા હતા.સિગ્નલનો અવાજ ઘટાડવા માટે 1.0 mm Al ફિલ્ટરનો ઉપયોગ કરો અને તમામ સ્કેન પર ઉચ્ચ રિઝોલ્યુશન લાગુ કરો (E = 133 kVp, I = 60 μA, એકીકરણ સમય = 500 ms).Nrecon સોફ્ટવેર (સંસ્કરણ 1.6.9.8, Bruker microCT, Kontich, Belgium) નો ઉપયોગ હસ્તગત 2D લેટરલ પ્રોજેક્શનમાંથી સ્કેન કરેલા નમૂનાના 3D વોલ્યુમ બનાવવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો.પૃથ્થકરણ માટે, 3D પુનઃનિર્માણ કરાયેલ ઇમેજને ફ્રેક્ચર સાઇટ અનુસાર 10mm×10mm×10mm ક્યુબ્સમાં વિભાજિત કરવામાં આવી છે.કોર્ટિકલ હાડકાની બહાર કોલસની ગણતરી કરો.ડેટાવ્યુઅર (સંસ્કરણ 1.5.1.2; Bruker microCT, Kontich, Belgium) સોફ્ટવેરનો ઉપયોગ સ્કેન કરેલા હાડકાના જથ્થાને ડિજિટલી રીડાયરેક્ટ કરવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો, અને CT-Analyser (સંસ્કરણ 1.14.4.1; Bruker microCT, Kontich, Belgium) સોફ્ટવેરનો ઉપયોગ વિશ્લેષણ માટે કરવામાં આવ્યો હતો.પરિપક્વ હાડકા અને કોલસમાં સંબંધિત એક્સ-રે શોષણ ગુણાંકને તેમની ઘનતા દ્વારા અલગ પાડવામાં આવે છે, અને પછી કોલસનું પ્રમાણ માપવામાં આવે છે (n = 4).LOIS ની બાયોકોમ્પેટિબિલિટી હાડકાના ઉપચારમાં વિલંબ કરતી નથી તેની ખાતરી કરવા માટે, વધારાના એક્સ-રે અને માઇક્રો-CT વિશ્લેષણ બે સસલામાં કરવામાં આવ્યા હતા: નગ્ન-નકારાત્મક અને LOIS જૂથો.બંને જૂથોને 6ઠ્ઠા અઠવાડિયામાં ફાંસી આપવામાં આવી હતી.
બલિદાન કરાયેલા પ્રાણીઓમાંથી ફેમર્સ એકત્ર કરવામાં આવ્યા હતા અને 4% પેરાફોર્મલ્ડિહાઇડમાં 3 દિવસ માટે નિશ્ચિત કરવામાં આવ્યા હતા.પછી ઓર્થોપેડિક ઇમ્પ્લાન્ટને ઉર્વસ્થિમાંથી કાળજીપૂર્વક દૂર કરવામાં આવે છે.0.5 M EDTA (EC-900, નેશનલ ડાયગ્નોસ્ટિક્સ કોર્પોરેશન) નો ઉપયોગ કરીને ઉર્વસ્થિને 21 દિવસ માટે ડિકેલ્સિફાઇડ કરવામાં આવ્યું હતું.પછી ડિક્લેસિફાઇડ ફેમરને EtOH માં ડૂબીને તેને નિર્જલીકૃત બનાવવા માટે.નિર્જલીકૃત ઉર્વસ્થિને ઝાયલીનમાં દૂર કરવામાં આવી હતી અને પેરાફિનમાં જડિત કરવામાં આવી હતી.પછી નમૂનાને 3 μm ની જાડાઈ સાથે સ્વચાલિત રોટરી માઇક્રોટોમ (Leica RM2255, Leica Biosystems, Germany) સાથે કાપવામાં આવ્યો હતો.ટ્રેપ સ્ટેનિંગ (F6760, સિગ્મા-આલ્ડ્રિચ, જર્મની) માટે, સેક્શનવાળા નમૂનાઓને 1 કલાક માટે 37°C પર TRAP રીએજન્ટમાં ડિપેરાફિનાઇઝ્ડ, રિહાઇડ્રેટ અને ઇન્ક્યુબેટ કરવામાં આવ્યા હતા.સ્લાઇડ સ્કેનર (પેનોરેમિક 250 ફ્લેશ III, 3DHISTECH, હંગેરી) નો ઉપયોગ કરીને છબીઓ હસ્તગત કરવામાં આવી હતી અને સ્ટેઇન્ડ વિસ્તારના વિસ્તારના કવરેજને માપીને તેનું પ્રમાણ નક્કી કરવામાં આવ્યું હતું.દરેક પ્રયોગમાં, દરેક જૂથમાં ઓછામાં ઓછા ચાર સબસ્ટ્રેટનું ImageJ સોફ્ટવેર દ્વારા વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું.
ગ્રાફપેડ પ્રિઝમ (ગ્રાફપેડ સોફ્ટવેર ઇન્ક., યુએસએ) નો ઉપયોગ કરીને આંકડાકીય મહત્વ વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું.મૂલ્યાંકન જૂથો વચ્ચેના તફાવતોને ચકાસવા માટે અનપેયર્ડ ટી-ટેસ્ટ અને વેરિઅન્સનું એક-માર્ગી વિશ્લેષણ (ANOVA) નો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.મહત્વનું સ્તર આકૃતિમાં નીચે પ્રમાણે દર્શાવવામાં આવ્યું છે: *P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001 અને ****P<0.0001;NS, કોઈ નોંધપાત્ર તફાવત નથી.
આ લેખ માટે પૂરક સામગ્રી માટે, કૃપા કરીને જુઓ http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/44/eabb0025/DC1
આ ક્રિએટિવ કોમન્સ એટ્રિબ્યુશન-નોન-કમર્શિયલ લાયસન્સની શરતો હેઠળ વિતરિત કરાયેલ એક ઓપન એક્સેસ લેખ છે, જે કોઈપણ માધ્યમમાં ઉપયોગ, વિતરણ અને પુનઃઉત્પાદન કરવાની મંજૂરી આપે છે, જ્યાં સુધી ઉપયોગ વ્યાપારી લાભ માટે ન હોય અને આધાર એ છે કે મૂળ કામ યોગ્ય છે.સંદર્ભ.
નોંધ: અમે તમને ફક્ત એક ઇમેઇલ સરનામું પ્રદાન કરવા માટે કહીએ છીએ જેથી કરીને તમે જે વ્યક્તિને પૃષ્ઠ પર ભલામણ કરો છો તે વ્યક્તિ જાણે કે તમે ઇચ્છો છો કે તેઓ ઇમેઇલ જુએ અને તે ઇમેઇલ સ્પામ નથી.અમે કોઈપણ ઈમેલ એડ્રેસ કેપ્ચર કરીશું નહીં.
આ પ્રશ્નનો ઉપયોગ તમે માનવ મુલાકાતી છો કે કેમ તે ચકાસવા અને સ્વયંચાલિત સ્પામ સબમિશનને રોકવા માટે થાય છે.
ચો ક્યુંગ મીન, ઓહ યંગ જંગ, પાર્ક જૂન જૂન, લી જિન હ્યુક, કિમ હ્યુન ચેઓલ, લી ક્યુંગ મૂન, લી ચાંગ ક્યુ, લી યેઓન ટેક, લી સન-ઉક, જેઓંગ મોરુઇ
ઓર્થોપેડિક પ્રત્યારોપણના એન્ટિબેક્ટેરિયલ અને રોગપ્રતિકારક એસ્કેપ કોટિંગ્સ ચેપને કારણે થતા ચેપ અને રોગપ્રતિકારક પ્રતિભાવોને ઘટાડી શકે છે.
ચો ક્યુંગ મીન, ઓહ યંગ જંગ, પાર્ક જૂન જૂન, લી જિન હ્યુક, કિમ હ્યુન ચેઓલ, લી ક્યુંગ મૂન, લી ચાંગ ક્યુ, લી યેઓન ટેક, લી સન-ઉક, જેઓંગ મોરુઇ
ઓર્થોપેડિક પ્રત્યારોપણના એન્ટિબેક્ટેરિયલ અને રોગપ્રતિકારક એસ્કેપ કોટિંગ્સ ચેપને કારણે થતા ચેપ અને રોગપ્રતિકારક પ્રતિભાવોને ઘટાડી શકે છે.
©2021 અમેરિકન એસોસિયેશન ફોર ધ એડવાન્સમેન્ટ ઓફ સાયન્સ.બધા હકો અમારી પાસે રાખેલા છે.AAAS એ HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef અને COUNTER ના ભાગીદાર છે.સાયન્સ એડવાન્સ ISSN 2375-2548.