Օրթոպեդիկ իմպլանտների վիրահատության ենթարկվող հիվանդների համար բակտերիալ վարակները և վարակի հետևանքով առաջացած իմունային պատասխանները միշտ էլ կյանքին վտանգ են ներկայացնում:Սովորական կենսաբանական նյութերը ենթակա են կենսաբանական աղտոտման, ինչը հանգեցնում է բակտերիաների ներխուժմանը վնասված տարածք և առաջացնելով հետվիրահատական ​​վարակ:Ուստի օրթոպեդիկ իմպլանտների համար հակավարակային և իմունային փախուստի ծածկույթներ մշակելու հրատապ անհրաժեշտություն կա:Այստեղ մենք մշակել ենք օրթոպեդիկ իմպլանտների մակերեսի փոփոխման առաջադեմ տեխնոլոգիա, որը կոչվում է Lubricated Orthopedic Implant Surface (LOIS), որը ոգեշնչված է սափոր բույսերի սափորների հարթ մակերեսով:LOIS-ն ունի երկարատև և ուժեղ հեղուկ վանողություն տարբեր հեղուկների և կենսաբանական նյութերի նկատմամբ (ներառյալ բջիջները, սպիտակուցները, կալցիումը և բակտերիաները):Բացի այդ, մենք հաստատեցինք մեխանիկական դիմացկունությունը քերծվածքներից և ամրագրող ուժից՝ մոդելավորելով in vitro վիրահատության ընթացքում անխուսափելի վնասը:Ճագարի ոսկրածուծի բորբոքային ազդրի կոտրվածքի մոդելը օգտագործվել է LOIS-ի հակակենսաբանական մասշտաբման և հակավարակման կարողությունը մանրակրկիտ ուսումնասիրելու համար:Մենք պատկերացնում ենք, որ LOIS-ը, որն ունի հակաբիոտիկ հատկություններ և մեխանիկական երկարակեցություն, քայլ առաջ է վարակազերծ օրթոպեդիկ վիրաբուժության մեջ:
Այսօր, ընդհանուր ծերացման պատճառով, օրթոպեդիկ հիվանդություններով (օրինակ՝ տարեցների կոտրվածքներ, հոդերի դեգեներատիվ հիվանդություններ և օստեոպորոզ) տառապող հիվանդների թիվը մեծապես աճել է (1, 2):Ուստի բժշկական հաստատությունները մեծ նշանակություն են տալիս օրթոպեդիկ վիրաբուժությանը, ներառյալ պտուտակների, թիթեղների, եղունգների և արհեստական ​​հոդերի օրթոպեդիկ իմպլանտները (3, 4):Այնուամենայնիվ, ավանդական օրթոպեդիկ իմպլանտները հաղորդվել են, որ ենթակա են բակտերիալ կպչման և բիոֆիլմի ձևավորման, ինչը կարող է վիրահատությունից հետո առաջացնել վիրաբուժական տեղանքի վարակ (SSI) (5, 6):Երբ բիոֆիլմը ձևավորվում է օրթոպեդիկ իմպլանտի մակերեսին, բիոֆիլմի հեռացումը չափազանց դժվար է դառնում նույնիսկ հակաբիոտիկների մեծ չափաբաժինների օգտագործման դեպքում:Հետեւաբար, դա սովորաբար հանգեցնում է ծանր հետվիրահատական ​​վարակների (7, 8):Վերոնշյալ խնդիրների պատճառով վարակված իմպլանտների բուժումը պետք է ներառի վերավիրահատություն՝ ներառյալ բոլոր իմպլանտների և շրջակա հյուսվածքների հեռացումը;հետևաբար, հիվանդը կունենա ծանր ցավ և որոշ ռիսկեր (9, 10):
Այս խնդիրներից մի քանիսը լուծելու համար մշակվել են դեղորայքային օրթոպեդիկ իմպլանտներ՝ վարակը կանխելու համար՝ վերացնելով մակերեսին կցված բակտերիաները (11, 12):Այնուամենայնիվ, ռազմավարությունը դեռևս ցույց է տալիս մի քանի սահմանափակումներ:Զեկուցվել է, որ թմրամիջոցներ լցնող իմպլանտների երկարատև իմպլանտացիան վնաս է հասցրել շրջակա հյուսվածքներին և առաջացրել բորբոքում, որը կարող է հանգեցնել նեկրոզի (13, 14):Ի լրումն, օրգանական լուծիչները, որոնք կարող են գոյություն ունենալ դեղորայքային օրթոպեդիկ իմպլանտների արտադրության գործընթացից հետո, որոնք խստիվ արգելված են ԱՄՆ Սննդամթերքի և դեղերի վարչության կողմից, պահանջում են լրացուցիչ մաքրման քայլեր՝ համապատասխանելու իր չափանիշներին (15):Դեղորայք լուծող իմպլանտները դժվարություն են ներկայացնում դեղերի վերահսկվող թողարկման համար, և դրանց սահմանափակ բեռնվածության պատճառով դեղամիջոցի երկարաժամկետ կիրառումը հնարավոր չէ (16):
Մեկ այլ ընդհանուր ռազմավարություն է իմպլանտը ծածկել հակակեղտոտող պոլիմերով՝ կանխելու համար կենսաբանական նյութերի և բակտերիաների կպչումը մակերեսին (17):Օրինակ, ցվիտերիոնային պոլիմերները ուշադրություն են գրավել պլազմային սպիտակուցների, բջիջների և բակտերիաների հետ շփվելիս իրենց ոչ կպչուն հատկությունների պատճառով:Այնուամենայնիվ, այն ունի որոշ սահմանափակումներ՝ կապված երկարաժամկետ կայունության և մեխանիկական ամրության հետ, որոնք խոչընդոտում են դրա գործնական կիրառմանը օրթոպեդիկ իմպլանտներում, հատկապես վիրաբուժական միջամտությունների ժամանակ մեխանիկական քերծվածքի պատճառով (18, 19):Բացի այդ, բարձր կենսահամատեղելիության, հեռացման վիրահատության անհրաժեշտության բացակայության և կոռոզիայի միջոցով մակերեսը մաքրելու հատկությունների պատճառով օգտագործվել են կենսաքայքայվող նյութերից պատրաստված օրթոպեդիկ իմպլանտներ (20, 21):Կոռոզիայի ժամանակ պոլիմերային մատրիցայի միջև քիմիական կապերը քայքայվում և անջատվում են մակերեսից, իսկ կպչողները մաքրում են մակերեսը։Այնուամենայնիվ, մակերեսի մաքրման միջոցով հակակենսաբանական աղտոտումը արդյունավետ է կարճ ժամանակահատվածում:Բացի այդ, ներծծվող նյութերի մեծ մասը, ներառյալ պոլի(կաթնաթթու-գլիկոլաթթու համապոլիմեր) (PLGA), պոլիկաթթուն (PLA) և մագնեզիումի վրա հիմնված համաձուլվածքները մարմնում կենթարկվեն անհավասար կենսաքայքայման և էրոզիայի, ինչը բացասաբար կանդրադառնա մեխանիկական կայունության վրա:(քսաներկու).Բացի այդ, կենսաքայքայվող ափսեի բեկորները բակտերիաների ամրացման տեղ են ապահովում, ինչը երկարաժամկետ հեռանկարում մեծացնում է վարակվելու հավանականությունը:Մեխանիկական դեգրադացիայի և վարակի այս ռիսկը սահմանափակում է պլաստիկ վիրաբուժության գործնական կիրառումը (23):
Սուպերհիդրոֆոբ (SHP) մակերեսները, որոնք ընդօրինակում են լոտոսի տերևների հիերարխիկ կառուցվածքը, դարձել են պոտենցիալ լուծում հակակեղտոտող մակերեսների համար (24, 25):Երբ SHP-ի մակերեսը ընկղմվում է հեղուկի մեջ, օդային փուչիկները կհայտնվեն թակարդում, դրանով իսկ ձևավորելով օդային գրպաններ և կանխելով բակտերիաների կպչումը (26):Այնուամենայնիվ, վերջին ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ ՓՀԷԿ-ի մակերեսն ունի թերություններ՝ կապված մեխանիկական ամրության և երկարաժամկետ կայունության հետ, ինչը խոչընդոտում է դրա կիրառմանը բժշկական իմպլանտներում:Ավելին, օդային գրպանները կլուծվեն և կկորցնեն իրենց հակակեղտոտման հատկությունները, այդպիսով հանգեցնելով ավելի լայն բակտերիաների կպչունության՝ SHP-ի մակերեսի մեծ մակերեսի պատճառով (27, 28):Վերջերս Այզենբերգը և գործընկերները ներկայացրեցին հակաբիոտիկ մակերևույթի ծածկույթի նորարարական մեթոդը` մշակելով հարթ մակերես, որը ոգեշնչված է Nepenthes կուժի գործարանից (29, 30):Հարթ մակերեսը ցույց է տալիս երկարաժամկետ կայունություն հիդրավլիկ պայմաններում, չափազանց հեղուկ վանող է կենսաբանական հեղուկների նկատմամբ և ունի ինքնավերականգնվող հատկություններ:Այնուամենայնիվ, չկա բարդ ձևի բժշկական իմպլանտի վրա ծածկույթ կիրառելու մեթոդ, ոչ էլ ապացուցված է, որ այն կաջակցի իմպլանտացիայից հետո վնասված հյուսվածքի ապաքինմանը:
Այստեղ մենք ներկայացնում ենք քսած օրթոպեդիկ իմպլանտի մակերեսը (LOIS), միկրո/նանոկառուցվածքով օրթոպեդիկ իմպլանտի մակերես և սերտորեն համակցված բարակ քսանյութի շերտի հետ՝ կանխելու համար այն կապված լինել պլաստիկ վիրաբուժության հետ Բակտերիալ վարակների, ինչպիսիք են կոտրվածքների ամրագրումը:Քանի որ ֆտորով ֆունկցիոնալացված միկրո/նանո մակարդակի կառուցվածքը ամուր ամրացնում է քսանյութը կառուցվածքի վրա, մշակված LOIS-ը կարող է լիովին ետ մղել տարբեր հեղուկների կպչունությունը և երկար ժամանակ պահպանել հակակեղտոտման աշխատանքը:LOIS ծածկույթները կարող են կիրառվել ոսկրերի սինթեզի համար նախատեսված տարբեր ձևերի նյութերի վրա:LOIS-ի հիանալի հակաբիոտիկ հատկությունները բիոֆիլմի բակտերիաների [Pseudomonas aeruginosa և methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA)] և կենսաբանական նյութերի (բջիջներ, սպիտակուցներ և կալցիում) նկատմամբ հաստատվել են in vitro:Ենթաշերտին ընդարձակ կպչման կպչունության արագությունը 1%-ից պակաս է:Բացի այդ, նույնիսկ այն բանից հետո, երբ տեղի է ունենում մեխանիկական սթրես, ինչպիսին է մակերեսի քերծվածքը, ներթափանցող քսանյութի կողմից առաջացած ինքնաբուժումը օգնում է պահպանել դրա հակակեղտոտման հատկությունները:Մեխանիկական ամրության փորձարկման արդյունքները ցույց են տալիս, որ նույնիսկ կառուցվածքային և քիմիական փոփոխություններից հետո ընդհանուր ուժը զգալիորեն չի կրճատվի:Բացի այդ, իրականացվել է in vitro փորձ, որը նմանակում է վիրաբուժական միջավայրում մեխանիկական սթրեսը՝ ապացուցելու համար, որ LOIS-ը կարող է դիմակայել տարբեր մեխանիկական սթրեսներին, որոնք տեղի են ունենում պլաստիկ վիրաբուժության ժամանակ:Ի վերջո, մենք օգտագործեցինք նապաստակի վրա հիմնված in vivo ազդրի կոտրվածքի մոդել, որն ապացուցեց, որ LOIS-ն ունի գերազանց հակաբակտերիալ հատկություններ և կենսահամատեղելիություն:Ռադիոլոգիական և հյուսվածաբանական արդյունքները հաստատեցին, որ իմպլանտացիայից հետո 4 շաբաթվա ընթացքում կայուն քսանյութի վարքագիծը և հակաբիոտիկային հատկությունները կարող են հասնել արդյունավետ հակավարակման և իմունային փախուստի` առանց ոսկրերի ապաքինման գործընթացի հետաձգման:
Նկար 1Ա-ն ցույց է տալիս մշակված LOIS-ի սխեմատիկ դիագրամը, որը տեղադրվել է միկրո/նանո մասշտաբի կառուցվածքներով ճագարի ազդրի կոտրվածքի մոդելում՝ հաստատելու նրա հիանալի հակակենսաբանական աղտոտման և հակավարակային հատկությունները:Կենսաչափական մեթոդ է իրականացվում ջրային կաթսայի մակերևույթը մոդելավորելու և բիովաղտոտումը կանխելու համար՝ մակերեսի միկրո/նանո կառուցվածքում քսայուղի շերտ ներառելով:Քսայուղով ներարկվող մակերեսը կարող է նվազագույնի հասցնել կենսաբանական նյութերի և մակերեսի շփումը:Հետևաբար, մակերեսի վրա կայուն քիմիական կապերի ձևավորման շնորհիվ, այն ունի գերազանց հակակեղտոտման արդյունավետություն և երկարաժամկետ կայունություն:Արդյունքում, քսող մակերեսի հակաբիոտիկային հատկությունները թույլ են տալիս տարբեր գործնական կիրառություններ կիրառել կենսաբժշկական հետազոտություններում:Այնուամենայնիվ, լայնածավալ հետազոտությունն այն մասին, թե ինչպես է այս հատուկ մակերեսը փոխազդում մարմնում, դեռ չի ավարտվել:Համեմատելով LOIS-ը մերկ սուբստրատների հետ in vitro՝ օգտագործելով ալբումին և բիոֆիլմ բակտերիաներ, կարելի է հաստատել LOIS-ի ոչ կպչունությունը (Նկար 1B):Բացի այդ, ջրի կաթիլները գլորելով թեքված մերկ հիմքի և LOIS հիմքի վրա (Նկար S1 և Movie S1), կարելի է ցույց տալ կենսաբանական աղտոտման արդյունավետությունը:Ինչպես ցույց է տրված ֆլուորեսցենտային մանրադիտակի նկարում, սպիտակուցի և բակտերիաների կախոցում ինկուբացված մերկացած ենթաշերտը ցույց է տվել, որ մեծ քանակությամբ կենսաբանական նյութ կպչում է մակերեսին:Այնուամենայնիվ, շնորհիվ իր հիանալի հակաբիոտիկ հատկությունների, LOIS-ը գրեթե չի ցուցադրում որևէ ֆլուորեսցենտ:Իր հակաբիոտիկ և հակավարակային հատկությունները հաստատելու համար LOIS-ը կիրառվել է ոսկրերի սինթեզի օրթոպեդիկ իմպլանտների մակերեսին (ափսեներ և պտուտակներ) և տեղադրվել ճագարի կոտրվածքի մոդելում:Մինչ իմպլանտացիան, մերկ օրթոպեդիկ իմպլանտը և LOIS-ը 12 ժամ ինկուբացվել են բակտերիալ կախոցի մեջ:Նախնական ինկուբացիան ապահովում է բիոֆիլմի ձևավորումը մերկացած իմպլանտի մակերեսին համեմատության համար:Նկար 1C-ում ներկայացված է կոտրվածքի վայրի լուսանկարը իմպլանտացիայից 4 շաբաթ անց:Ձախ կողմում, մերկ օրթոպեդիկ իմպլանտով նապաստակը ցույց է տվել բորբոքման ծանր մակարդակ՝ իմպլանտի մակերեսին բիոֆիլմի գոյացման պատճառով:Հակառակ արդյունքը նկատվել է LOIS-ով իմպլանտացված ճագարների մոտ, այսինքն՝ LOIS-ի շրջակա հյուսվածքներում ոչ վարակի, ոչ էլ բորբոքման նշաններ են նկատվել:Բացի այդ, ձախ կողմում գտնվող օպտիկական պատկերը ցույց է տալիս նապաստակի վիրահատության վայրը բաց իմպլանտով, ինչը ցույց է տալիս, որ բացված իմպլանտի մակերեսին բազմաթիվ սոսինձներ չեն հայտնաբերվել LOIS-ի մակերեսին:Սա ցույց է տալիս, որ LOIS-ն ունի երկարաժամկետ կայունություն և կարող է պահպանել իր հակակենսաբանական աղտոտման և հակակպչուն հատկությունները:
(A) LOIS-ի և դրա իմպլանտացիայի սխեմատիկ դիագրամ նապաստակի ազդրի կոտրվածքի մոդելում:(B) Սպիտակուցի և բակտերիալ բիոֆիլմի ֆլյուորեսցենտային մանրադիտակային պատկեր մերկ մակերեսի և LOIS ենթաշերտի վրա:Իմպլանտացիայից 4 շաբաթ անց, (C) կոտրվածքի վայրի լուսանկարչական պատկեր և (D) ռենտգեն պատկեր (ընդգծված կարմիր ուղղանկյունով):Պատկերի տրամադրումը՝ Կյոմին Չայ, Յոնսեի համալսարան:
Մանրէազերծված, բացասաբար իմպլանտացված նապաստակները ցույց են տվել ոսկորների բուժման նորմալ ընթացք՝ առանց բորբոքման կամ վարակի նշանների:Մյուս կողմից, SHP իմպլանտները, որոնք նախապես ինկուբացված են բակտերիալ կախոցում, ցուցադրում են վարակի հետ կապված բորբոքում շրջակա հյուսվածքների վրա:Դա կարելի է վերագրել բակտերիաների կպչունությունը երկար ժամանակ զսպելու անկարողությամբ (Նկար S2):Որպեսզի ապացուցվի, որ LOIS-ը չի ազդում ապաքինման գործընթացի վրա, այլ արգելակում է իմպլանտացիայի հետ կապված հնարավոր վարակները, համեմատվեցին բացված դրական մատրիցայի ռենտգեն պատկերները և LOIS-ը կոտրվածքի տեղում (Նկար 1D):Մերկ դրական իմպլանտի ռենտգեն պատկերը ցույց տվեց օստեոլիզի կայուն գծեր՝ ցույց տալով, որ ոսկորն ամբողջությամբ չի ապաքինվել:Սա ենթադրում է, որ ոսկրերի վերականգնման գործընթացը կարող է մեծապես հետաձգվել վարակի հետ կապված բորբոքման պատճառով:Ընդհակառակը, այն ցույց տվեց, որ LOIS-ով իմպլանտացված նապաստակները ապաքինվել են և ակնհայտ կոտրվածքի տեղ չեն ցույց տվել:
Երկարաժամկետ կայունությամբ և ֆունկցիոնալությամբ բժշկական իմպլանտներ մշակելու համար (ներառյալ բիովաղտոտման դիմադրությունը), բազմաթիվ ջանքեր են գործադրվել:Այնուամենայնիվ, տարբեր կենսաբանական նյութերի առկայությունը և հյուսվածքների կպչման դինամիկան սահմանափակում է դրանց կլինիկորեն հուսալի մեթոդների զարգացումը:Այս թերությունները հաղթահարելու համար մենք մշակել ենք միկրո/նանո շերտավոր կառուցվածք և քիմիապես ձևափոխված մակերես, որն օպտիմիզացված է բարձր մազանոթային ուժի և քիմիական մերձեցման շնորհիվ՝ առավելագույնս հարթ քսանյութը պահելու համար:Նկար 2Ա-ում ներկայացված է LOIS-ի արտադրության ընդհանուր գործընթացը:Նախ պատրաստեք բժշկական կարգի չժանգոտվող պողպատից (SS) 304 հիմք:Երկրորդ, միկրո/նանո կառուցվածքը ձևավորվում է SS սուբստրատի վրա քիմիական փորագրման միջոցով՝ օգտագործելով ֆտորաթթվի (HF) լուծույթ:ՍՍ-ի կոռոզիոն դիմադրությունը վերականգնելու համար փորագրված ենթաշերտը մշակելու համար օգտագործվում է ազոտաթթվի (HNO3) լուծույթ (31):Պասիվացումը մեծացնում է SS ենթաշերտի կոռոզիոն դիմադրությունը և զգալիորեն դանդաղեցնում կոռոզիոն գործընթացը, ինչը կարող է նվազեցնել LOIS-ի ընդհանուր կատարումը:Այնուհետև, 1H, 1H, 2H, 2H-պերֆտորոօկտիլտրիէթօքսիսիլանի (POTS) հետ ձևավորելով ինքնահավաքված միաշերտ (SAM), մակերեսը քիմիապես փոփոխվում է՝ մակերեսի և հարթ քսայուղի միջև քիմիական փոխազդեցությունը բարելավելու համար:Մակերեւույթի փոփոխությունը զգալիորեն նվազեցնում է պատրաստված միկրո/նանո մասշտաբի կառուցվածքային մակերեսի մակերևութային էներգիան, որը համապատասխանում է հարթ քսանյութի մակերեսային էներգիային:Սա թույլ է տալիս ամբողջությամբ թրջել քսանյութը՝ դրանով իսկ մակերեսի վրա ձևավորելով կայուն քսայուղային շերտ:Փոփոխված մակերեսը ցուցադրում է ուժեղացված հիդրոֆոբություն:Արդյունքները ցույց են տալիս, որ սայթաքուն քսանյութը կայուն վարք է դրսևորում LOIS-ի վրա՝ շնորհիվ միկրո/նանո կառուցվածքի հետևանքով առաջացած բարձր քիմիական կապի և մազանոթային ուժի (32, 33):Ուսումնասիրվել են ՍՍ-ի մակերեսի օպտիկական փոփոխությունները մակերևույթի ձևափոխումից և քսանյութի ներարկումից հետո:Մակերեւույթի վրա ձևավորված միկրո/նանո շերտավոր կառուցվածքը կարող է առաջացնել տեսողական փոփոխություններ և մգացնել մակերեսը:Այս երևույթը վերագրվում է կոպիտ մակերեսի վրա լույսի ցրման ուժեղացված ազդեցությանը, որը մեծացնում է լույսի թակարդման մեխանիզմի հետևանքով առաջացած ցրված անդրադարձումը (34):Բացի այդ, քսանյութի ներարկումից հետո LOIS-ը դառնում է ավելի մուգ:Քսայուղային շերտը հանգեցնում է նրան, որ ավելի քիչ լույս է արտացոլվում ենթաշերտից՝ դրանով իսկ մգացնելով LOIS-ը:Որպեսզի օպտիմիզացնենք միկրոկառուցվածքը/նանոկառուցվածքը՝ ցույց տալու ամենափոքր սահող անկյունը (SA)՝ հակաբիոտիկային արդյունավետության հասնելու համար, սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակը (SEM) և ատոմային զույգերը օգտագործվել են տարբեր HF փորագրման ժամանակներ կատարելու համար (0, 3):, 15 և 60 րոպե) Ուժային մանրադիտակ (AFM) (Նկար 2B):SEM և AFM պատկերները ցույց են տալիս, որ փորագրման կարճ ժամանակից հետո (3 րոպե փորագրում) մերկ ենթաշերտը ձևավորել է նանո մասշտաբի անհավասար կոշտություն:Մակերեւույթի կոշտությունը փոխվում է փորագրման ժամանակի հետ (Նկար S3):Ժամանակի փոփոխվող կորը ցույց է տալիս, որ մակերևույթի կոշտությունը շարունակում է աճել և հասնում է գագաթնակետին 15 րոպե փորագրման ժամանակ, իսկ հետո նկատվում է կոպտության արժեքի մի փոքր նվազում միայն 30 րոպե փորագրման ժամանակ:Այս պահին նանոմակարդակի կոպտությունը փորագրվում է, մինչդեռ միկրոմակարդակի կոպտությունը ակտիվորեն զարգանում է, ինչը կոպտության փոփոխությունն ավելի կայուն է դարձնում:Ավելի քան 30 րոպե փորագրելուց հետո նկատվում է կոպտության հետագա աճ, որը մանրամասն բացատրվում է հետևյալ կերպ. ՍՍ-ը կազմված է պողպատից՝ համաձուլված տարրերով, այդ թվում՝ երկաթ, քրոմ, նիկել, մոլիբդեն և շատ այլ տարրեր:Այս տարրերից երկաթը, քրոմը և մոլիբդենը կարևոր դեր են խաղում SS-ի վրա միկրոն/նանոմաշտաբի կոշտության ձևավորման գործում HF փորագրման միջոցով:Կոռոզիայի վաղ փուլերում երկաթը և քրոմը հիմնականում կոռոզիայի են ենթարկվում, քանի որ մոլիբդենն ունի ավելի բարձր կոռոզիոն դիմադրություն, քան մոլիբդենը:Երբ փորագրումը զարգանում է, փորագրման լուծույթը հասնում է տեղային գերհագեցման՝ ձևավորելով փորագրման հետևանքով առաջացած ֆտորիդներ և օքսիդներ:Ֆտորը և օքսիդը նստում են և, ի վերջո, նորից նստում են մակերեսի վրա՝ ձևավորելով մակերեսի կոշտություն միկրոն/նանո միջակայքում (31):Այս միկրո/նանո մակարդակի կոպտությունը կարևոր դեր է խաղում LOIS-ի ինքնաբուժման հատկությունների մեջ:Կրկնակի մասշտաբի մակերեսը առաջացնում է սիներգետիկ ազդեցություն՝ մեծապես մեծացնելով մազանոթային ուժը:Այս երևույթը թույլ է տալիս քսանյութին կայուն ներթափանցել մակերես և նպաստում է ինքնաբուժման հատկություններին (35):Կոշտության ձևավորումը կախված է փորագրման ժամանակից։10 րոպե փորագրման տակ մակերեսը պարունակում է միայն նանոմաշտաբի կոշտություն, որը բավարար չէ բավարար քանակությամբ քսանյութ պահելու համար, որպեսզի ունենա բիոծաղկման դիմադրություն (36):Մյուս կողմից, եթե փորագրման ժամանակը գերազանցի 30 րոպեն, ապա երկաթի և քրոմի վերատեղադրումից առաջացած նանոմաշտաբի կոշտությունը կվերանա, և մոլիբդենի պատճառով կմնա միայն միկրոմաշտաբի կոշտությունը:Գերփորագրված մակերեսը չունի նանոմաշտաբի կոպտություն և կորցնում է երկաստիճան կոպտության սիներգիստական ​​ազդեցությունը, ինչը բացասաբար է անդրադառնում LOIS-ի ինքնաբուժման բնութագրերի վրա:SA չափումներ են կատարվել տարբեր փորագրման ժամանակ ունեցող ենթաշերտերի վրա՝ ապացուցելու հակակեղտոտման արդյունավետությունը:Հեղուկների տարբեր տեսակներ ընտրվել են՝ ելնելով մածուցիկությունից և մակերևութային էներգիայից, ներառյալ դեոնացված (DI) ջուրը, արյունը, էթիլեն գլիկոլը (EG), էթանոլը (EtOH) և հեքսադեկանը (HD) (Նկար S4):Ժամանակի փոփոխվող փորագրման օրինաչափությունը ցույց է տալիս, որ տարբեր մակերևութային էներգիաներով և մածուցիկությամբ տարբեր հեղուկների համար LOIS-ի SA-ը 15 րոպե փորագրումից հետո ամենացածրն է:Հետևաբար, LOIS-ը օպտիմիզացված է 15 րոպեով փորագրելու համար՝ ձևավորելու միկրոն և նանո մասշտաբի կոշտություն, ինչը հարմար է քսանյութի երկարակեցությունը և գերազանց հակակեղտոտման հատկությունները արդյունավետորեն պահպանելու համար:
(Ա) LOIS-ի չորս քայլով արտադրական գործընթացի սխեմատիկ դիագրամ:Ներդիրը ցույց է տալիս հիմքի վրա ձևավորված SAM-ը:(B) SEM և AFM պատկերներ, որոնք օգտագործվում են ենթաշերտի միկրո/նանո կառուցվածքը օպտիմիզացնելու համար տարբեր փորագրման ժամանակներում:Մակերեւույթի պասիվացումից և SAM ծածկույթից հետո (C) Cr2p և (D) F1s-ի ռենտգեն ֆոտոէլեկտրոնային սպեկտրոսկոպիայի (XPS) սպեկտրները:au, կամայական միավոր.(E) Ջրի կաթիլների ներկայացուցչական պատկերներ մերկ, փորագրված, SHP և LOIS ենթաշերտերի վրա:(F) SHP-ի և LOIS-ի վրա տարբեր մակերեսային լարվածությամբ հեղուկների շփման անկյունը (CA) և SA չափումը:Տվյալներն արտահայտվում են որպես միջին ± SD:
Այնուհետև մակերեսի քիմիական հատկությունների փոփոխությունը հաստատելու համար կիրառվել է ռենտգենյան ֆոտոէլեկտրոնային սպեկտրոսկոպիա (XPS)՝ յուրաքանչյուր մակերևույթի ծածկույթից հետո սուբստրատի մակերեսի քիմիական կազմի փոփոխությունը ուսումնասիրելու համար։Նկար 2C-ում ներկայացված են HF փորագրված մակերեսի և HNO 3 մշակված մակերեսի XPS չափման արդյունքները:587.3 և 577.7 eV երկու հիմնական գագաթները կարող են վերագրվել քրոմի օքսիդի շերտում գոյություն ունեցող Cr-O կապին, որը հիմնական տարբերությունն է HF փորագրված մակերեսից:Սա հիմնականում պայմանավորված է HNO3-ի մակերևույթի վրա երկաթի և քրոմի ֆտորիդի սպառմամբ:HNO3-ի վրա հիմնված փորագրումը թույլ է տալիս քրոմին ձևավորել պասիվացնող օքսիդային շերտ մակերեսի վրա, որը փորագրված SS-ը կրկին դիմացկուն է դարձնում կոռոզիայից:Նկար 2D-ում XPS սպեկտրները ձեռք են բերվել՝ հաստատելու, որ SAM ծածկույթից հետո մակերեսի վրա ձևավորվել է ֆտորածխածնի վրա հիմնված սիլանի, որն ունի չափազանց բարձր հեղուկ վանողություն նույնիսկ EG-ի, արյան և EtOH-ի համար:SAM ծածկույթը լրացվում է սիլանային ֆունկցիոնալ խմբերին պլազմայի մշակման արդյունքում ձևավորված հիդրօքսիլ խմբերի հետ փոխազդելու միջոցով:Արդյունքում նկատվել է CF2 և CF3 պիկերի զգալի աճ:286 և 296 eV-ի միջև կապող էներգիան ցույց է տալիս, որ քիմիական փոփոխությունը հաջողությամբ ավարտվել է SAM ծածկույթի կողմից:SHP-ը ցույց է տալիս համեմատաբար մեծ CF2 (290.1 ​​eV) և CF3 (293.3 eV) գագաթներ, որոնք առաջանում են մակերեսի վրա ձևավորված ֆտորածխածնի վրա հիմնված սիլանի պատճառով:Նկար 2E-ում ներկայացված են շփման անկյան (CA) չափումների ներկայացուցչական օպտիկական պատկերներ դեիոնացված ջրի տարբեր խմբերի համար, որոնք շփվում են մերկ, փորագրված, SHP-ի և LOIS-ի հետ:Այս պատկերները ցույց են տալիս, որ փորագրված մակերեսը դառնում է հիդրոֆիլ՝ քիմիական փորագրման արդյունքում ձևավորված միկրո/նանո կառուցվածքի պատճառով, որպեսզի դեիոնացված ջուրը ներծծվի կառուցվածքի մեջ:Այնուամենայնիվ, երբ ենթաշերտը պատվում է SAM-ով, ենթաշերտը ցույց է տալիս ուժեղ ջրազերծություն, ուստի ձևավորվում է մակերևութային ՓՀԷԿ, և ջրի և մակերեսի միջև շփման տարածքը փոքր է:Ի վերջո, LOIS-ում նկատվել է CA-ի նվազում, որը կարելի է վերագրել միկրոկառուցվածքի մեջ քսանյութի ներթափանցմանը, դրանով իսկ մեծացնելով շփման տարածքը:Որպեսզի ապացուցվի, որ մակերեսն ունի գերազանց հեղուկ վանող և չկպչուն հատկություններ, LOIS-ը համեմատվել է SHP-ի հիմքի հետ՝ չափելով CA և SA՝ օգտագործելով տարբեր հեղուկներ (Նկար 2F):Հեղուկների տարբեր տեսակներ ընտրվել են մածուցիկության և մակերևութային էներգիայի հիման վրա, ներառյալ դեիոնացված ջուրը, արյունը, EG, EtOH և HD (Նկար S4):CA չափման արդյունքները ցույց են տալիս, որ երբ CA-ն հակված է HD-ին, CA-ի նվազեցման արժեքը, որտեղ CA-ն ունի ամենացածր մակերեսային էներգիան:Բացի այդ, ընդհանուր CA-ի LOIS-ը ցածր է:Այնուամենայնիվ, SA չափումը ցույց է տալիս բոլորովին այլ երեւույթ.Բացառությամբ իոնացված ջրի, բոլոր հեղուկները կպչում են SHP-ի հիմքին՝ առանց սահելու:Մյուս կողմից, LOIS-ը ցույց է տալիս շատ ցածր SA, որտեղ երբ ամբողջ հեղուկը թեքվում է 10°-ից 15°-ից ցածր անկյան տակ, ամբողջ հեղուկը կթափվի:Սա հստակ ցույց է տալիս, որ LOIS-ի չկպչունությունը ավելի լավ է, քան փոքր ՀԷԿ-ի մակերեսը:Բացի այդ, LOIS ծածկույթները կիրառվում են նաև տարբեր տեսակի նյութերի վրա, ներառյալ տիտան (Ti), պոլիֆենիլսուլֆոն (PPSU), պոլիօքսիմեթիլեն (POM), պոլիէթեր էթեր կետոն (PEEK) և բիոներծվող պոլիմերներ (PLGA), դրանք իմպլանտի օրթոպեդիկ նյութեր են (Նկար S5)):LOIS-ով մշակված նյութի վրա կաթիլների հաջորդական պատկերները ցույց են տալիս, որ LOIS-ի հակակենսաբանական հատկությունները բոլոր ենթաշերտերի վրա նույնն են:Բացի այդ, CA-ի և SA-ի չափման արդյունքները ցույց են տալիս, որ LOIS-ի ոչ կպչուն հատկությունները կարող են կիրառվել այլ նյութերի վրա:
LOIS-ի հակաաղտոտման հատկությունները հաստատելու համար տարբեր տեսակի ենթաշերտեր (ներառյալ մերկ, փորագրված, SHP և LOIS) ինկուբացվել են Pseudomonas aeruginosa-ով և MRSA-ով:Այս երկու բակտերիաները ընտրվել են որպես ներկայացուցչական հիվանդանոցային բակտերիաներ, որոնք կարող են հանգեցնել բիոֆիլմերի ձևավորմանը՝ հանգեցնելով SSI-ի (37):Նկար 3-ը (A և B) ցույց է տալիս բակտերիալ կախոցում ինկուբացված սուբստրատների ֆլյուորեսցենտային մանրադիտակի պատկերները և գաղութների ձևավորման միավորի (CFU) չափման արդյունքները համապատասխանաբար կարճաժամկետ (12 ժամ) և երկարաժամկետ (72 ժամ):Կարճ ժամանակահատվածում բակտերիաները կկազմեն կլաստերներ և կմեծանան չափերով՝ ծածկվելով լորձանման նյութերով և կանխելով դրանց հեռացումը։Այնուամենայնիվ, 72-ժամյա ինկուբացիայի ընթացքում բակտերիաները կհասունանան և հեշտությամբ կցրվեն՝ ձևավորելով ավելի շատ գաղութներ կամ կլաստերներ:Հետևաբար, կարելի է համարել, որ 72-ժամյա ինկուբացիան երկարաժամկետ է և ինկուբացիոն համապատասխան ժամանակն է մակերեսի վրա ամուր բիոֆիլմ ձևավորելու համար (38):Կարճ ժամանակահատվածում փորագրված մակերեսը և SHP-ի մակերեսը դրսևորեցին բակտերիալ կպչունություն, որը կրճատվեց մոտ 25% -ից մինչև 50%` համեմատած մերկ ենթաշերտի:Այնուամենայնիվ, շնորհիվ իր գերազանց հակաբիոֆիլմերի կատարման և կայունության, LOIS-ը կարճ և երկարաժամկետ կտրվածքով չցուցաբերեց բակտերիալ բիոֆիլմի կպչունություն:Սխեմատիկ դիագրամը (Նկար 3C) նկարագրում է փորագրման լուծույթի, SHP-ի և LOIS-ի հակակենսաբանական աղտոտման մեխանիզմի բացատրությունը:Ենթադրվում է, որ հիդրոֆիլ հատկություններով փորագրված ենթաշերտը կունենա ավելի մեծ մակերես, քան մերկ հիմքը:Հետևաբար, փորագրված ենթաշերտի վրա ավելի շատ բակտերիալ կպչունություն կառաջանա:Այնուամենայնիվ, համեմատած մերկ ենթաշերտի հետ, փորագրված ենթաշերտը մակերեսի վրա զգալիորեն ավելի քիչ կենսաթաղանթ է գոյանում:Դա պայմանավորված է նրանով, որ ջրի մոլեկուլները ամուր կապվում են հիդրոֆիլ մակերեսին և գործում են որպես ջրի քսանյութ՝ այդպիսով կարճաժամկետ միջամտելով բակտերիաների կպչունությանը (39):Այնուամենայնիվ, ջրի մոլեկուլների շերտը շատ բարակ է և լուծելի բակտերիաների կախոցներում:Հետեւաբար, ջրի մոլեկուլային շերտը անհետանում է երկար ժամանակ, ինչը հանգեցնում է բակտերիաների լայնածավալ կպչման և տարածման:ՓՀԷԿ-ի համար կարճաժամկետ չթրջող հատկությունների պատճառով բակտերիաների կպչունությունը արգելակվում է:Նվազեցված բակտերիաների կպչունությունը կարող է վերագրվել շերտավոր կառուցվածքում թակարդված օդային գրպաններին և ստորին մակերևույթի էներգիային, դրանով իսկ նվազագույնի հասցնելով բակտերիալ կախոցի և մակերեսի միջև շփումը:Այնուամենայնիվ, ՓՀԷԿ-ում նկատվել է մանրէների լայնածավալ կպչում, քանի որ այն երկար ժամանակ կորցրել է իր հակակեղտոտման հատկությունները:Սա հիմնականում պայմանավորված է օդային գրպանների անհետացման պատճառով հիդրոստատիկ ճնշման և օդի լուծարման պատճառով:Սա հիմնականում պայմանավորված է լուծարման հետևանքով օդային գրպանների անհետացումով և շերտավոր կառուցվածքով, որն ավելի մեծ մակերես է ապահովում կպչման համար (27, 40):Ի տարբերություն այս երկու սուբստրատների, որոնք կարևոր ազդեցություն ունեն երկարաժամկետ կայունության վրա, LOIS-ում պարունակվող քսանյութը ներարկվում է միկրո/նանո կառուցվածքի մեջ և չի անհետանա նույնիսկ երկարաժամկետ հեռանկարում:Միկրո/նանո կառուցվածքներով լցված քսանյութերը շատ կայուն են և ուժեղ ձգվում են դեպի մակերեսը իրենց բարձր քիմիական հարաբերակցության շնորհիվ՝ դրանով իսկ երկար ժամանակ կանխելով բակտերիաների կպչունությունը:Նկար S6-ը ցույց է տալիս ֆոսֆատով բուֆերացված ֆիզիոլոգիական լուծույթի (PBS) մեջ ընկղմված քսանյութով ներարկված սուբստրատի արտացոլման կոնֆոկալ մանրադիտակի պատկեր:Շարունակական պատկերները ցույց են տալիս, որ նույնիսկ 120 ժամ աննշան ցնցումից (120 պտ/րոպ) հետո LOIS-ի վրա քսանյութի շերտը մնում է անփոփոխ՝ ցույց տալով երկարաժամկետ կայունություն հոսքի պայմաններում:Դա պայմանավորված է ֆտորի վրա հիմնված SAM ծածկույթի և պերֆտորածխածնի վրա հիմնված քսանյութի բարձր քիմիական կապով, այնպես որ կարող է ձևավորվել կայուն քսայուղային շերտ:Հետևաբար, պահպանվում է հակակեղտոտման գործառույթը:Բացի այդ, սուբստրատը փորձարկվել է ներկայացուցչական սպիտակուցների (ալբումին և ֆիբրինոգեն) դեմ, որոնք գտնվում են պլազմայում, իմունային ֆունկցիայի հետ սերտորեն կապված բջիջներում (մակրոֆագներ և ֆիբրոբլաստներ) և ոսկորների ձևավորման հետ կապված:Կալցիումի պարունակությունը շատ բարձր է։(Նկար 3D, 1 և 2, և Նկար S7) (41, 42):Բացի այդ, ֆիբրինոգենի, ալբումինի և կալցիումի կպչունության թեստի ֆլյուորեսցենտային մանրադիտակի պատկերները ցույց են տվել սուբստրատի յուրաքանչյուր խմբի տարբեր կպչողական բնութագրեր (Նկար S8):Ոսկրածուծի ձևավորման ընթացքում օրթոպեդիկ իմպլանտը կարող են շրջապատել նոր ձևավորված ոսկրային և կալցիումի շերտերը, ինչը ոչ միայն դժվարացնում է հեռացումը, այլև կարող է անսպասելի վնաս հասցնել հիվանդին հեռացման գործընթացում:Հետևաբար, ոսկրային թիթեղների և պտուտակների վրա կալցիումի ցածր մակարդակները օգտակար են օրթոպեդիկ վիրաբուժության համար, որը պահանջում է իմպլանտների հեռացում:Ելնելով ֆլյուորեսցենտային ինտենսիվության և բջիջների քանակի վրա կցված տարածքի քանակական հաշվարկից՝ մենք հաստատեցինք, որ LOIS-ը ցույց է տալիս գերազանց հակակենսաբանական հատկություններ բոլոր կենսաբանական նյութերի համար՝ համեմատած այլ սուբստրատների հետ:Համաձայն in vitro փորձերի արդյունքների, հակաբիոլոգիական աղտոտող LOIS-ը կարող է կիրառվել օրթոպեդիկ իմպլանտների վրա, որոնք կարող են ոչ միայն արգելակել բիոֆիլմային բակտերիաներից առաջացած վարակները, այլև նվազեցնել օրգանիզմի ակտիվ իմունային համակարգի հետևանքով առաջացած բորբոքումները:
(A) Յուրաքանչյուր խմբի ֆլյուորեսցենտային մանրադիտակային պատկերներ (մերկ, փորագրված, SHP և LOIS) ինկուբացված Pseudomonas aeruginosa և MRSA կասեցումներում 12 և 72 ժամ:(B) Յուրաքանչյուր խմբի մակերեսին Pseudomonas aeruginosa-ի և MRSA-ի կպչուն CFU-ների քանակը:(C) Կարճաժամկետ և երկարաժամկետ փորագրման հակաբիոլոգիական աղտոտման մեխանիզմի սխեմատիկ դիագրամ, SHP և LOIS:(D) (1) Ֆիբրոբլաստների քանակը, որոնք կպչում են յուրաքանչյուր ենթաշերտին և բջիջների ֆլյուորեսցենտային մանրադիտակի պատկերները, որոնք կպչում են մերկ և LOIS-ին:(2) Իմունային հետ կապված սպիտակուցների, ալբումինի և կալցիումի կպչունության թեստ, որոնք ներգրավված են ոսկրերի բուժման գործընթացում (* P <0,05, ** P <0,01, *** P <0,001 և **** P <0,0001):ns, կարևոր չէ:
Անխուսափելի կենտրոնացված սթրեսների դեպքում մեխանիկական ամրությունը միշտ եղել է հակակեղտոտ ծածկույթների կիրառման հիմնական մարտահրավերը:Ավանդական հակակոյուղու գելային մեթոդները հիմնված են ցածր ջրի լուծելիությամբ և փխրունությամբ պոլիմերների վրա:Հետևաբար, դրանք սովորաբար ենթակա են մեխանիկական սթրեսի կենսաբժշկական ծրագրերում:Հետևաբար, մեխանիկորեն դիմացկուն հակակեղտոտող ծածկույթները մնում են մարտահրավեր այնպիսի ծրագրերի համար, ինչպիսիք են օրթոպեդիկ իմպլանտները (43, 44):Նկար 4Ա(1)-ը ցույց է տալիս օրթոպեդիկ իմպլանտների վրա կիրառվող սթրեսի երկու հիմնական տեսակները, ներառյալ քերծվածքը (կտրող լարվածությունը) և սեղմումը վնասված իմպլանտի օպտիկական պատկերով, որն արտադրվում է ֆորսպսի կողմից:Օրինակ, երբ պտուտակն ամրացվում է պտուտակահանով, կամ երբ վիրաբույժը պինցետով ամուր պահում է ոսկրային թիթեղը և ճնշում գործադրում, պլաստիկ ոսկրային թիթեղը կվնասվի և քերծվի ինչպես մակրո, այնպես էլ միկրո/նանո կշեռքի վրա (Նկար 4Ա. 2) .Որպեսզի փորձարկվի, թե արդյոք արտադրված LOIS-ը կարող է դիմակայել այս վնասներին պլաստիկ վիրաբուժության ժամանակ, նանոինտացիա կատարվեց՝ համեմատելու մերկ ենթաշերտի կարծրությունը և LOIS-ը միկրո/նանո մասշտաբով՝ միկրո/նանո կառուցվածքի ազդեցության մեխանիկական հատկությունները ուսումնասիրելու համար (Նկար 4B):Սխեմատիկ դիագրամը ցույց է տալիս LOIS-ի տարբեր դեֆորմացիոն վարքագիծը միկրո/նանո կառուցվածքների առկայության պատճառով:Նանոինտացիայի արդյունքների հիման վրա կազմվել է ուժ-տեղաշարժման կոր (Նկար 4C):Կապույտ պատկերը ներկայացնում է մերկ ենթաշերտը, որը ցույց է տալիս միայն աննշան դեֆորմացիա, ինչպես երևում է 0,26 մկմ խորության առավելագույն խորությամբ:Մյուս կողմից, LOIS-ում (կարմիր կոր) նկատված նանոինտացիայի ուժի և տեղաշարժի աստիճանական աճը կարող է ցույց տալ մեխանիկական հատկությունների նվազման նշաններ, ինչը հանգեցնում է նանոինտացիայի խորության 1,61 մկմ:Դա պայմանավորված է նրանով, որ LOIS-ում առկա միկրո/նանո կառուցվածքն ապահովում է ավելի խորը առաջխաղացման տարածություն նանոինտենտի ծայրի համար, ուստի դրա դեֆորմացիան ավելի մեծ է, քան մերկ հիմքի դեֆորմացիան:Կոնստա-Գդուտոս և այլք։(45) կարծում է, որ նանոկառուցվածքների առկայության պատճառով նանոներծծումը և միկրո/նանո կոպտությունը հանգեցնում են անկանոն նանոինտացիաների կորերի:Ստվերավորված տարածքը համապատասխանում է նանոկառուցվածքին վերագրվող անկանոն դեֆորմացիայի կորին, մինչդեռ ոչ ստվերված տարածքը վերագրվում է միկրոկառուցվածքին:Այս դեֆորմացիան կարող է վնասել պահող քսանյութի միկրոկառուցվածքը/նանոկառուցվածքը և բացասաբար ազդել դրա հակակեղտոտման աշխատանքի վրա:LOIS-ի վրա վնասի ազդեցությունը ուսումնասիրելու համար պլաստիկ վիրաբուժության ժամանակ մարմնում վերարտադրվել է միկրո/նանո կառուցվածքների անխուսափելի վնասը:Օգտագործելով արյան և սպիտակուցի կպչունության թեստերը, կարելի է որոշել LOIS-ի հակաբիոտիկային հատկությունների կայունությունը in vitro-ից հետո (Նկար 4D):Մի շարք օպտիկական պատկերներ ցույց են տալիս վնասը, որը տեղի է ունեցել յուրաքանչյուր ենթաշերտի անցքերի մոտ:Կատարվել է արյան կպչունության թեստ՝ ցույց տալու համար մեխանիկական վնասների ազդեցությունը հակաբիոտիկ ծածկույթի վրա (Նկար 4E):Ինչպես SHP-ն, վնասվելու պատճառով կորցնում են հակակեղտոտման հատկությունները, և LOIS-ն ցուցադրում է հիանալի հակակեղտոտող հատկություններ՝ վանելով արյունը:Դա պայմանավորված է նրանով, որ, քանի որ մակերևույթի էներգիան պայմանավորված է վնասված տարածքը ծածկող մազանոթային գործողությամբ, միկրոկառուցվածքային քսանյութի հոսքը վերականգնում է հակակեղտոտման հատկությունները (35):Նույն միտումը նկատվել է ալբումինի օգտագործմամբ սպիտակուցի կպչունության թեստում:Վնասված հատվածում սպիտակուցի կպչունությունը SHP-ի մակերեսին լայնորեն նկատվում է, և չափելով դրա մակերեսի ծածկույթը՝ այն կարելի է չափել որպես մերկ ենթաշերտի կպչունության մակարդակի կեսը:Մյուս կողմից, LOIS-ը պահպանեց իր հակաբիոտիկային հատկությունները՝ առանց կպչունություն առաջացնելու (Նկար 4, F և G):Բացի այդ, պտուտակի մակերեսը հաճախ ենթարկվում է ուժեղ մեխանիկական սթրեսի, ինչպիսին է հորատումը, ուստի մենք ուսումնասիրել ենք LOIS ծածկույթի անձեռնմխելիությունը պտուտակի վրա in vitro:Նկար 4H-ը ցույց է տալիս տարբեր պտուտակների օպտիկական պատկերներ, ներառյալ մերկ, SHP և LOIS:Կարմիր ուղղանկյունը ներկայացնում է թիրախային տարածքը, որտեղ ուժեղ մեխանիկական սթրես է առաջանում ոսկորների իմպլանտացիայի ժամանակ:Թիթեղի սպիտակուցի կպչունության թեստի նման, լյումինեսցենտային մանրադիտակն օգտագործվում է սպիտակուցի կպչունությունը պատկերելու և ծածկույթի տարածքը չափելու համար՝ ապացուցելու LOIS ծածկույթի ամբողջականությունը, նույնիսկ ուժեղ մեխանիկական սթրեսի պայմաններում (Նկար 4, I և J):LOIS-ով մշակված պտուտակները ցուցադրում են գերազանց հակակեղտոտման արդյունավետություն, և գրեթե ոչ մի սպիտակուց չի կպչում մակերեսին:Մյուս կողմից, սպիտակուցի կպչունությունը նկատվել է մերկ պտուտակների և ՓՀՊ պտուտակների մեջ, որտեղ ՓՀՊ պտուտակների ծածկույթը կազմում է մերկ պտուտակների մակերեսի մեկ երրորդը:Բացի այդ, ֆիքսման համար օգտագործվող օրթոպեդիկ իմպլանտը պետք է մեխանիկորեն ամուր լինի, որպեսզի դիմանա կոտրվածքի տեղում կիրառվող սթրեսին, ինչպես ցույց է տրված Նկար 4K-ում:Հետևաբար, մեխանիկական հատկությունների վրա քիմիական փոփոխության ազդեցությունը որոշելու համար կատարվել է ճկման փորձարկում:Բացի այդ, դա արվում է իմպլանտից ֆիքսված սթրեսը պահպանելու համար:Կիրառեք ուղղահայաց մեխանիկական ուժ, մինչև իմպլանտը ամբողջությամբ ծալվի և ստացվի լարվածություն-լարում կորը (Նկար 4L, 1):Երկու հատկություն, ներառյալ Յանգի մոդուլը և ճկման ուժը, համեմատվել են մերկ և LOIS սուբստրատների միջև՝ որպես դրանց մեխանիկական ամրության ցուցիչներ (Նկար 4L, 2 և 3):Յանգի մոդուլը ցույց է տալիս նյութի կարողությունը՝ դիմակայելու մեխանիկական փոփոխություններին։Յանգի մոդուլը յուրաքանչյուր սուբստրատի համար կազմում է համապատասխանաբար 41,48±1,01 և 40,06±0,96 ԳՊա;նկատված տարբերությունը կազմում է մոտ 3,4%։Բացի այդ, հաղորդվում է, որ ճկման ուժը, որը որոշում է նյութի ամրությունը, 102,34±1,51 ԳՊա է մերկ հիմքի համար և 96,99±0,86 ԳՊա ՓՀԷԿ-ի համար:Մերկ ենթաշերտը մոտավորապես 5,3%-ով բարձր է:Մեխանիկական հատկությունների աննշան նվազումը կարող է պայմանավորված լինել խազային էֆեկտով:Խազային էֆեկտում միկրո/նանո կոշտությունը կարող է հանդես գալ որպես խազերի մի շարք՝ հանգեցնելով տեղական սթրեսի կենտրոնացման և ազդելով իմպլանտի մեխանիկական հատկությունների վրա (46):Այնուամենայնիվ, հիմնվելով այն փաստի վրա, որ մարդու կեղևի ոսկորների կոշտությունը 7,4-ից 31,6 ԳՊա է, և չափված LOIS մոդուլը գերազանցում է մարդու կեղևի ոսկորին (47), LOIS-ը բավարար է կոտրվածքը և դրա ընդհանուր վիճակը պահպանելու համար: մեխանիկական հատկությունների վրա նվազագույնը ազդում է մակերեսի ձևափոխումը:
(A) (1) վիրահատության ընթացքում օրթոպեդիկ իմպլանտի վրա կիրառվող մեխանիկական սթրեսի սխեմատիկ դիագրամ, և (2) վնասված օրթոպեդիկ իմպլանտի օպտիկական պատկերը:(B) Նանո-մեխանիկական հատկությունների չափման սխեմատիկ դիագրամ՝ նանոինտացիայով և մերկ մակերեսի վրա LOIS-ով:(C) Մերկ մակերևույթի և LOIS-ի նանոինտացիոն ուժ-տեղաշարժման կորը:(D) In ​​vitro փորձարկումներից հետո մոդելավորեք տարբեր տեսակի օրթոպեդիկ թիթեղների օպտիկական պատկերները (վնասված տարածքը ընդգծված է կարմիր ուղղանկյունով)՝ նմանակելու գործողության ընթացքում առաջացած մեխանիկական սթրեսը:(E) Արյան կպչունության թեստ և (F) վնասված օրթոպեդիկ թիթեղների խմբի սպիտակուցի կպչունության թեստ:(G) Չափել սպիտակուցի ծածկույթը, որը կպչում է ափսեին:(H) Տարբեր տեսակի օրթոպեդիկ պտուտակների օպտիկական պատկերներ in vitro փորձարկումից հետո:(I) Սպիտակուցի կպչունության թեստ՝ տարբեր ծածկույթների ամբողջականությունը ուսումնասիրելու համար:(J) Չափել սպիտակուցի ծածկույթը, որը կպչում է պտուտակին:(K) Նապաստակի շարժումը նախատեսված է կոտրված ոսկորի վրա ֆիքսված սթրես առաջացնելու համար:(L) (1) Կռում փորձարկման արդյունքները և օպտիկական պատկերները թեքումից առաջ և հետո:(2) Յանգի մոդուլի և (3) ճկման ուժի տարբերությունը մերկ իմպլանտի և SHP-ի միջև:Տվյալներն արտահայտվում են որպես միջին ± SD (*P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001 և ****P<0.0001):Պատկերի տրամադրումը՝ Կյոմին Չայ, Յոնսեի համալսարան:
Կլինիկական իրավիճակներում, կենսաբանական նյութերի և վերքերի տեղամասերի հետ բակտերիաների շփման մեծ մասը գալիս է հասուն, հասուն բիոֆիլմերից (48):Հետևաբար, ԱՄՆ Հիվանդությունների վերահսկման և կանխարգելման կենտրոնը գնահատում է, որ մարդկային վարակների 65%-ը կապված է բիոֆիլմերի հետ (49):Այս դեպքում անհրաժեշտ է ապահովել in vivo փորձարարական դիզայն, որն ապահովում է իմպլանտի մակերեսի վրա կայուն բիոֆիլմի ձևավորում:Հետևաբար, մենք մշակեցինք նապաստակի ազդրի կոտրվածքի մոդել, որում օրթոպեդիկ իմպլանտները նախապես ինկուբացված էին բակտերիալ կախոցի մեջ, այնուհետև տեղադրվեցին նապաստակի ազդրերի մեջ՝ ուսումնասիրելու LOIS-ի հակակեղտոտման հատկությունները in vivo:Հետևյալ երեք կարևոր փաստերի պատճառով բակտերիալ վարակները առաջանում են նախամշակույթով, այլ ոչ թե բակտերիալ կախոցների ուղղակի ներարկումով.հետևաբար, հնարավոր է բակտերիալ կախոցների և պլանկտոնային բակտերիաների ներարկում: Այն ոչ մի ազդեցություն չի ունենում բիոֆիլմերի ձևավորման վրա:(Ii) Պլանկտոնային բակտերիաները ավելի զգայուն են հակաբիոտիկների նկատմամբ, և հակաբիոտիկները սովորաբար օգտագործվում են վիրահատությունից հետո.վերջապես, (iii) պլանկտոնային բակտերիաների կախոցը կարող է նոսրացվել կենդանու մարմնի հեղուկներով (50):Իմպլանտը նախապես մշակելով բակտերիալ կախոցի մեջ՝ նախքան իմպլանտացիան, մենք կարող ենք մանրակրկիտ ուսումնասիրել բակտերիալ վարակի և օտար մարմնի ռեակցիայի (FBR) վնասակար ազդեցությունը ոսկրերի բուժման գործընթացի վրա:Ճագարները զոհաբերվել են իմպլանտացիայից 4 շաբաթ անց, քանի որ ոսկրերի ապաքինման գործընթացի համար անհրաժեշտ օսսեոինտեգրացիան կավարտվի 4 շաբաթվա ընթացքում:Այնուհետև իմպլանտները հանվել են ճագարներից՝ ներքևում ուսումնասիրելու համար:Նկար 5Ա-ում ներկայացված է բակտերիաների տարածման մեխանիզմը:Վարակված օրթոպեդիկ իմպլանտը ներմուծվում է օրգանիզմ։Բակտերիալ կախոցում նախնական ինկուբացիայի արդյունքում մերկ իմպլանտներով իմպլանտացված վեց նապաստակներից վեցը վարակվեցին, մինչդեռ LOIS-ով մշակված իմպլանտներով իմպլանտացված ճագարներից և ոչ մեկը վարակված չէր:Բակտերիալ վարակներն ընթանում են երեք փուլով՝ ներառյալ աճը, հասունացումը և ցրումը (51):Սկզբում կցված բակտերիաները վերարտադրվում և աճում են մակերեսի վրա, իսկ հետո բակտերիաները ձևավորում են կենսաթաղանթ, երբ արտազատում են արտաբջջային պոլիմեր (EPS), ամիլոիդ և արտաբջջային ԴՆԹ:Բիոֆիլմը ոչ միայն խանգարում է հակաբիոտիկների ներթափանցմանը, այլ նաև նպաստում է հակաբիոտիկները քայքայող ֆերմենտների (օրինակ՝ β-լակտամազի) կուտակմանը (52):Ի վերջո, բիոֆիլմը հասուն բակտերիաները տարածում է շրջակա հյուսվածքների մեջ:Հետեւաբար, վարակը տեղի է ունենում:Բացի այդ, երբ օտար մարմինը մտնում է մարմին, վարակը, որը կարող է ուժեղ իմունային պատասխան առաջացնել, կարող է առաջացնել ծանր բորբոքում, ցավ և իմունիտետի նվազում:Նկար 5B-ն ներկայացնում է FBR-ի ընդհանուր պատկերը, որն առաջացել է օրթոպեդիկ իմպլանտի տեղադրմամբ, այլ ոչ թե բակտերիալ վարակի հետևանքով առաջացած իմունային պատասխանի:Իմունային համակարգը ճանաչում է ներդրված իմպլանտը որպես օտար մարմին, այնուհետև ստիպում է բջիջներին և հյուսվածքներին արձագանքել օտար մարմինը պարուրելու համար (53):FBR-ի սկզբնական շրջանում օրթոպեդիկ իմպլանտների մակերեսի վրա ձևավորվել է մատակարարման մատրիցա, որը հանգեցրել է ֆիբրինոգենի կլանմանը:Այնուհետև կլանված ֆիբրինոգենը ձևավորում է բարձր խիտ ֆիբրինային ցանց, որը նպաստում է լեյկոցիտների կցմանը (54):Երբ ֆիբրինային ցանցը ձևավորվի, սուր բորբոքում կառաջանա նեյտրոֆիլների ներթափանցման պատճառով:Այս քայլով ազատվում են մի շարք ցիտոկիններ, ինչպիսիք են ուռուցքային նեկրոզի գործոն-α (TNF-α), ինտերլեյկին-4 (IL-4) և IL-β-ը, և մոնոցիտները սկսում են ներթափանցել իմպլանտացիայի վայր և տարբերվել հսկա բջիջների:Ֆագ (41, 55, 56):FBR-ի կրճատումը միշտ էլ մարտահրավեր է եղել, քանի որ ավելորդ FBR-ը կարող է առաջացնել սուր և քրոնիկ բորբոքում, ինչը կարող է հանգեցնել մահացու բարդությունների:Մերկ իմպլանտը և LOIS-ը շրջապատող հյուսվածքներում բակտերիալ վարակների ազդեցությունը գնահատելու համար օգտագործվել են հեմատոքսիլին և էոզին (H&E) և Masson trichrome (MT) ներկում:Մերկ ենթաշերտերով իմպլանտացված նապաստակների դեպքում ծանր բակտերիալ ինֆեկցիաները առաջադիմել են, և H&E հյուսվածքների սլայդները հստակ ցույց են տվել թարախակույտեր և նեկրոզներ, որոնք առաջացել են բորբոքումից:Մյուս կողմից, չափազանց ուժեղ հակաբիոտիկ մակերեսը LOIS-ն արգելակում է բակտերիաների կպչունությունը, ուստի այն վարակի նշաններ չի ցույց տալիս և նվազեցնում է բորբոքումը (Նկար 5C):ՄՏ ներկման արդյունքները ցույց են տվել նույն միտումը:Այնուամենայնիվ, MT ներկումը նաև այտուց է ցույց տվել LOIS-ով իմպլանտացված նապաստակների մոտ, ինչը ցույց է տալիս, որ վերականգնումը մոտ է տեղի ունենալու (Նկար 5D):Իմունային պատասխանի աստիճանն ուսումնասիրելու նպատակով իմունահիստոքիմիական (IHC) ներկում է իրականացվել՝ օգտագործելով իմուն պատասխանին առնչվող TNF-α և IL-6 ցիտոկինները:Մերկ բացասական իմպլանտը, որը չի ենթարկվել բակտերիաների, համեմատվել է LOIS-ի հետ, որը ենթարկվել է բակտերիաների, բայց չի վարակվել՝ ուսումնասիրելու բուժման գործընթացը բակտերիալ վարակի բացակայության դեպքում:Նկար 5E-ը ցույց է տալիս IHC սլայդի օպտիկական պատկերը, որն արտահայտում է TNF-α:Դարչնագույն հատվածը ներկայացնում է իմունային պատասխանը՝ ցույց տալով, որ LOIS-ում իմունային պատասխանը փոքր-ինչ նվազել է:Ի լրումն, IL-6-ի արտահայտությունը LOIS-ում զգալիորեն ավելի քիչ էր, քան ստերիլ մերկի բացասական արտահայտությունը (Նկար 5F):Ցիտոկինի արտահայտությունը քանակականացվել է՝ չափելով ցիտոկինին համապատասխանող հակամարմինների ներկման տարածքը (Նկար 5G):Բացասական իմպլանտներին ենթարկված ճագարների համեմատ, LOIS-ով իմպլանտացված ճագարների արտահայտման մակարդակն ավելի ցածր էր՝ ցույց տալով զգալի տարբերություն:Ցիտոկինի արտահայտման նվազումը ցույց է տալիս, որ LOIS-ի երկարաժամկետ, կայուն հակակեղտոտման հատկությունները կապված են ոչ միայն բակտերիալ վարակների արգելակման, այլև FBR-ի նվազման հետ, որը հրահրվում է մակրոֆագների կողմից, որոնք կպչում են սուբստրատին (53, 57, 58):Հետևաբար, LOIS-ի իմունային խուսափման հատկությունների պատճառով նվազեցված իմունային պատասխանը կարող է լուծել իմպլանտացիայից հետո կողմնակի ազդեցությունները, ինչպիսիք են չափից ավելի իմունային պատասխանը պլաստիկ վիրահատությունից հետո:
(Ա) վարակված օրթոպեդիկ իմպլանտի մակերեսի վրա բիոֆիլմի ձևավորման և տարածման մեխանիզմի սխեմատիկ դիագրամ:eDNA, արտաբջջային ԴՆԹ:(B) Օրթոպեդիկ իմպլանտի տեղադրումից հետո իմունային պատասխանի սխեմատիկ դիագրամ:(C) H&E ներկում և (D) օրթոպեդիկ իմպլանտների շրջակա հյուսվածքների MT ներկում մերկ պոզիտիվով և LOIS-ով:Իմունային հետ կապված ցիտոկինների (E) TNF-α և (F) IL-6 IHC-ը մերկ-բացասական և LOIS-իմպլանտացված նապաստակների ներկված պատկերներ են:(G) Ցիտոկինի արտահայտման քանակականացում՝ ըստ տարածքի ծածկույթի չափման (** P <0.01):
LOIS-ի կենսահամատեղելիությունը և ոսկրերի բուժման գործընթացի վրա դրա ազդեցությունը հետազոտվել են in vivo՝ օգտագործելով ախտորոշիչ պատկերում [ռենտգեն և միկրոհաշվարկված տոմոգրաֆիա (CT)] և օստեոկլաստային IHC:Նկար 6Ա-ն ցույց է տալիս ոսկրերի բուժման գործընթացը, որը ներառում է երեք տարբեր փուլեր՝ բորբոքում, վերականգնում և վերափոխում:Երբ կոտրվածք է տեղի ունենում, բորբոքային բջիջները և ֆիբրոբլաստները կթափանցեն կոտրված ոսկոր և կսկսեն աճել անոթային հյուսվածքի մեջ:Վերականգնման փուլում անոթային հյուսվածքի աճը տարածվում է կոտրվածքի վայրի մոտ:Անոթային հյուսվածքը սնուցիչներ է տալիս նոր ոսկորների ձևավորման համար, որը կոչվում է կոշտուկ:Ոսկրերի ապաքինման գործընթացի վերջին փուլը վերափոխման փուլն է, որի ժամանակ կոլուսի չափը կրճատվում է մինչև նորմալ ոսկրի չափը՝ ակտիվացված օստեոկլաստների մակարդակի բարձրացման միջոցով (59):Կոտրվածքի տեղամասի եռաչափ (3D) վերակառուցումը կատարվել է միկրո-CT սկանավորման միջոցով՝ յուրաքանչյուր խմբում կոլուսի ձևավորման մակարդակի տարբերությունները դիտարկելու համար:Դիտեք ազդրոսկրի խաչմերուկը՝ դիտելու կոտրված ոսկորը շրջապատող կոլուսի հաստությունը (Նկար 6, B և C):Ռենտգենյան ճառագայթները նաև օգտագործվել են ամեն շաբաթ բոլոր խմբերի կոտրվածքների վայրերը հետազոտելու համար՝ յուրաքանչյուր խմբում ոսկրերի վերականգնման տարբեր գործընթացները դիտարկելու համար (Նկար S9):Կալուսը և հասուն ոսկորները համապատասխանաբար ցուցադրվում են կապույտ/կանաչ և փղոսկրի գույներով:Փափուկ հյուսվածքների մեծ մասը զտվում է նախապես սահմանված շեմով:Մերկ դրական և SHP-ն հաստատել է կոտրվածքի վայրի շուրջ փոքր քանակությամբ կոլուսի ձևավորումը:Մյուս կողմից, LOIS-ի բաց բացասական կողմը և կոտրվածքի տեղը շրջապատված են հաստ կոշտուկով:Micro-CT պատկերները ցույց են տվել, որ կոլուսի ձևավորումը խոչընդոտվում է բակտերիալ վարակի և վարակի հետ կապված բորբոքման պատճառով:Դա պայմանավորված է նրանով, որ իմունային համակարգը առաջնահերթություն է տալիս վարակի հետ կապված բորբոքման հետևանքով առաջացած սեպտիկ վնասվածքների ապաքինմանը, այլ ոչ ոսկորների վերականգնմանը (60):Կատարվել է IHC և տարտրատ-դիմացկուն թթվային ֆոսֆատազի (TRAP) ներկում՝ օստեոկլաստների ակտիվությունը և ոսկրային ռեզորբցիան ​​դիտարկելու համար (Նկար 6D) (61):Միայն մի քանի ակտիվացված օստեոկլաստներ, որոնք ներկված են մանուշակագույնով, հայտնաբերվել են մերկ պոզիտիվներում և SHP-ում:Մյուս կողմից, LOIS-ի մերկ դրական և հասուն ոսկորների մոտ նկատվել են բազմաթիվ ակտիվացված օստեոկլաստներ:Այս ֆենոմենը ցույց է տալիս, որ օստեոկլաստների առկայության դեպքում կոտրվածքի տեղամասի շուրջ կոլուսը ենթարկվում է բուռն վերափոխման գործընթացի (62):Ոսկրածուծի ծավալը և կոլուսի օստեոկլաստների արտահայտման տարածքը չափվել են՝ բոլոր խմբերում կոտրվածքի վայրի շուրջ կոլուսի ձևավորման մակարդակը համեմատելու համար, որպեսզի քանակականացվեն միկրո-CT սկանավորման և IHC արդյունքները (Նկար 6E, 1 և 2):Ինչպես և սպասվում էր, LOIS-ում մերկ նեգատիվները և կոլուսի ձևավորումը զգալիորեն ավելի բարձր էին, քան մյուս խմբերում, ինչը ցույց է տալիս, որ տեղի է ունեցել ոսկրերի դրական վերափոխում (63):Նկար S10-ը ցույց է տալիս վիրահատության վայրի օպտիկական պատկերը, պտուտակի մոտ հավաքված հյուսվածքի MT ներկման արդյունքը և TRAP ներկման արդյունքը, որն ընդգծում է պտուտակ-ոսկոր միջերեսը:Մերկ ենթաշերտում նկատվել է ուժեղ կոլուսի և ֆիբրոզի ձևավորում, մինչդեռ LOIS-ով մշակված իմպլանտը ցույց է տվել համեմատաբար չկպչված մակերես:Նմանապես, մերկ նեգատիվների համեմատ, ավելի ցածր ֆիբրոզ է նկատվել LOIS-ով իմպլանտացված ճագարների մոտ, ինչպես նշված է սպիտակ սլաքներով:Բացի այդ, ամուր այտուցը (կապույտ սլաքը) կարող է վերագրվել LOIS-ի իմունային խուսափողական հատկություններին, դրանով իսկ նվազեցնելով ծանր բորբոքումը:Իմպլանտի շուրջը չկպչող մակերեսը և նվազեցված ֆիբրոզը հուշում են, որ հեռացման գործընթացն ավելի հեշտ է, ինչը սովորաբար հանգեցնում է այլ կոտրվածքների կամ բորբոքման:Պտուտակների հեռացումից հետո ոսկորների բուժման գործընթացը գնահատվել է օստեոկլաստների ակտիվությամբ պտուտակ-ոսկոր միջերեսում:Ե՛վ մերկ ոսկորը, և՛ LOIS իմպլանտի միջերեսը կլանեցին օստեոկլաստների նմանատիպ մակարդակները ոսկրերի հետագա բուժման համար, ինչը ցույց է տալիս, որ LOIS ծածկույթը բացասաբար չի ազդում ոսկրերի բուժման կամ իմունային պատասխանի վրա:Որպեսզի հաստատվի, որ LOIS-ի վրա կատարված մակերևույթի փոփոխությունը չի խանգարում ոսկրերի բուժման գործընթացին, ռենտգեն հետազոտությունն օգտագործվեց՝ համեմատելու ճագարների ոսկորների ապաքինումը բաց բացասական իոնների և LOIS-ի իմպլանտացիայի 6 շաբաթների հետ (Նկար 6F):Արդյունքները ցույց են տվել, որ համեմատած չվարակված մերկ դրական խմբի հետ, LOIS-ը ցույց է տվել ոսկրերի բուժման նույն աստիճանը, և երկու խմբերում էլ կոտրվածքի ակնհայտ նշաններ (շարունակական օստեոլիզի գիծ) չեն եղել:
(Ա) Կոտրվածքից հետո ոսկրերի բուժման գործընթացի սխեմատիկ դիագրամ:(B) Մակերեւութային յուրաքանչյուր խմբի կոլուսի ձևավորման աստիճանի տարբերությունը և (C) կոտրվածքի վայրի խաչմերուկի պատկերը:(D) TRAP ներկում` օստեոկլաստների ակտիվությունը և ոսկրային ռեզորբցիան ​​պատկերացնելու համար:Ելնելով TRAP-ի ակտիվությունից՝ կեղևի ոսկորի արտաքին կոլուսի ձևավորումը քանակապես վերլուծվել է (E) (1) միկրո-CT և (2) օստեոկլաստային ակտիվությամբ:(F) իմպլանտացիայից 6 շաբաթ անց, բացված նեգատիվի կոտրված ոսկորի ռենտգեն պատկերներ (ընդգծված կարմիր գծավոր ուղղանկյունով) և LOIS (ընդգծված կապույտ գծավոր ուղղանկյունով):Վիճակագրական վերլուծությունը կատարվել է միակողմանի շեղումների վերլուծությամբ (ANOVA):* P <0,05.** P <0,01.
Մի խոսքով, LOIS-ը տրամադրում է հակաբակտերիալ վարակի նոր տեսակի ռազմավարություն և իմունային փախուստի ծածկույթ օրթոպեդիկ իմպլանտների համար:Սովորական օրթոպեդիկ իմպլանտները, որոնք ունեն SHP ֆունկցիոնալացում, ցուցադրում են կարճաժամկետ հակաբիոտիկային հատկություններ, սակայն չեն կարող երկար ժամանակ պահպանել իրենց հատկությունները:Ենթաշերտի գերհիդրոֆոբությունը թակարդում է օդային փուչիկները բակտերիաների և ենթաշերտի միջև՝ դրանով իսկ ձևավորելով օդային գրպաններ՝ դրանով իսկ կանխելով բակտերիալ վարակը:Այնուամենայնիվ, օդի տարածման շնորհիվ այս օդային գրպանները հեշտությամբ հեռացվում են:Մյուս կողմից, LOIS-ը լավ ապացուցել է կենսաֆիլմի հետ կապված վարակները կանխելու իր կարողությունը:Հետևաբար, շերտավոր միկրո/նանո կառուցվածքի մակերեսին ներարկվող քսանյութի հակամերժական հատկությունների շնորհիվ կարող է կանխվել վարակի հետ կապված բորբոքումը:Բնութագրման տարբեր մեթոդներ, ներառյալ SEM, AFM, XPS և CA չափումները, օգտագործվում են LOIS-ի արտադրության պայմանները օպտիմալացնելու համար:Բացի այդ, LOIS-ը կարող է կիրառվել նաև տարբեր կենսաբանական նյութերի վրա, որոնք սովորաբար օգտագործվում են օրթոպեդիկ ամրագրման սարքավորումներում, ինչպիսիք են PLGA, Ti, PE, POM և PPSU:Այնուհետև LOIS-ը փորձարկվել է in vitro՝ ապացուցելու իր հակաբիոտիկ հատկությունները բակտերիաների և իմունային պատասխանի հետ կապված կենսաբանական նյութերի դեմ:Արդյունքները ցույց են տալիս, որ այն ունի գերազանց հակաբակտերիալ և հակաբիոտիկ ազդեցություն՝ համեմատած մերկ իմպլանտի հետ:Բացի այդ, LOIS-ը ցույց է տալիս մեխանիկական ուժ նույնիսկ մեխանիկական սթրես կիրառելուց հետո, ինչն անխուսափելի է պլաստիկ վիրաբուժության մեջ:Միկրո/նանո կառուցվածքի մակերեսի վրա քսանյութի ինքնաբուժիչ հատկությունների շնորհիվ LOIS-ը հաջողությամբ պահպանեց իր հակակենսաբանական աղտոտման հատկությունները:LOIS-ի կենսահամատեղելիությունը և հակաբակտերիալ հատկությունները in vivo ուսումնասիրելու համար LOIS-ը 4 շաբաթով տեղադրվել է նապաստակի ազդրի մեջ:LOIS-ով իմպլանտացված ճագարների մոտ բակտերիալ վարակ չի նկատվել:Բացի այդ, IHC-ի օգտագործումը ցույց տվեց տեղական իմունային պատասխանի նվազեցված մակարդակ՝ ցույց տալով, որ LOIS-ը չի արգելակում ոսկրերի ապաքինման գործընթացը:LOIS-ն ցուցադրում է հիանալի հակաբակտերիալ և իմունային խուսափողական հատկություններ և ապացուցված է, որ արդյունավետորեն կանխում է բիոֆիլմի ձևավորումը օրթոպեդիկ վիրահատությունից առաջ և ընթացքում, հատկապես ոսկրերի սինթեզի համար:Նապաստակի ոսկրածուծի բորբոքային ազդրի կոտրվածքի մոդելի կիրառմամբ, խորապես ուսումնասիրվել է կենսաֆիլմի հետ կապված վարակների ազդեցությունը նախապես ինկուբացված իմպլանտների կողմից առաջացած ոսկրերի բուժման գործընթացի վրա:Որպես ապագա ուսումնասիրություն, անհրաժեշտ է նոր in vivo մոդել՝ իմպլանտացիայից հետո հնարավոր վարակների ուսումնասիրման համար՝ լիովին հասկանալու և կանխելու բիոֆիլմի հետ կապված վարակները բուժման ողջ գործընթացի ընթացքում:Բացի այդ, օստեոինդուկցիան դեռևս չլուծված մարտահրավեր է LOIS-ի հետ ինտեգրման համար:Լրացուցիչ հետազոտություններ են անհրաժեշտ՝ օստեոինդուկտիվ բջիջների կամ վերականգնող բժշկության ընտրովի կպչումը LOIS-ի հետ համատեղելու համար՝ մարտահրավերը հաղթահարելու համար:Ընդհանուր առմամբ, LOIS-ը ներկայացնում է խոստումնալից օրթոպեդիկ իմպլանտի ծածկույթ՝ մեխանիկական ամրությամբ և գերազանց հակաբիոտիկ հատկություններով, ինչը կարող է նվազեցնել SSI-ն և իմունային կողմնակի ազդեցությունները:
Լվացեք 15 մմ x 15 մմ x 1 մմ 304 SS ենթաշերտը (Dong Kang M-Tech Co., Կորեա) ացետոնի, EtOH և DI ջրի մեջ 15 րոպե՝ աղտոտիչները հեռացնելու համար:Մակերեւույթի վրա միկրո/նանո մակարդակի կառուցվածք ստեղծելու համար մաքրված ենթաշերտը ընկղմվում է 48%-ից 51% HF լուծույթի մեջ (DUKSAN Corp., Հարավային Կորեա) 50°C ջերմաստիճանում:Փորագրման ժամանակը տատանվում է 0-ից մինչև 60 րոպե:Այնուհետև, փորագրված ենթաշերտը մաքրվեց դեոնացված ջրով և տեղադրվեց 65% HNO3 (Korea DUKSAN Corp.) լուծույթի մեջ 50°C ջերմաստիճանում 30 րոպե, որպեսզի մակերեսի վրա ձևավորվի քրոմի օքսիդի պասիվացման շերտ:Պասիվացումից հետո ենթաշերտը լվանում են դեիոնացված ջրով և չորացնում՝ շերտավոր կառուցվածքով ենթաշերտ ստանալու համար։Այնուհետև, սուբստրատը ենթարկվեց թթվածնի պլազմայի (100 Վտ, 3 րոպե) և անմիջապես ընկղմվեց 8,88 մՄ POTS (Սիգմա-Ալդրիչ, Գերմանիա) լուծույթի մեջ սենյակային ջերմաստիճանում 12 ժամ:Այնուհետև POTS-ով պատված ենթաշերտը մաքրվել է EtOH-ով և 2 ժամ եփվել 150°C ջերմաստիճանում՝ խիտ POTS SAM ստանալու համար:SAM ծածկույթից հետո հիմքի վրա ձևավորվեց քսանյութի շերտ՝ քսելով պերֆտորոպոլիեթերային քսանյութ (Krytox 101; DuPont, ԱՄՆ)՝ 20 մկմ/սմ 2 բեռնման ծավալով: Օգտագործելուց առաջ քսանյութը զտեք 0,2 մկմ ֆիլտրի միջով:Հեռացրեք ավելցուկային քսանյութը՝ 15 րոպե թեքելով 45° անկյան տակ:Նույն արտադրական պրոցեդուրան օգտագործվել է 304 SS-ից պատրաստված օրթոպեդիկ իմպլանտների համար (փակող թիթեղ և կեղևային փակող պտուտակ; Dong Kang M-Tech Co., Կորեա):Բոլոր օրթոպեդիկ իմպլանտները նախատեսված են ճագարի ֆեմուրի երկրաչափությանը համապատասխանելու համար:
Սուբստրատի և օրթոպեդիկ իմպլանտների մակերեսային մորֆոլոգիան ստուգվել է դաշտային արտանետումների SEM (Inspect F50, FEI, ԱՄՆ) և AFM (XE-100, Park Systems, Հարավային Կորեա) միջոցով:Մակերեւույթի կոշտությունը (Ra, Rq) չափվում է 20 մկմ տարածքը 20 մկմ-ով բազմապատկելով (n=4):Մակերեւույթի քիմիական բաղադրությունը վերլուծելու համար օգտագործվել է XPS (PHI 5000 VersaProbe, ULVAC PHI, Ճապոնիա) համակարգ, որը հագեցած է Al Kα ռենտգեն աղբյուրով 100 մկմ2 կետի չափով:Հեղուկ CA և SA չափման համար օգտագործվել է CA չափման համակարգ, որը հագեցած է դինամիկ պատկերի նկարահանման տեսախցիկով (SmartDrop, FEMTOBIOMED, ​​Հարավային Կորեա):Յուրաքանչյուր չափման համար 6-ից 10 մկլ կաթիլներ (դեիոնացված ջուր, ձիու արյուն, EG, 30% էթանոլ և HD) տեղադրվում են մակերեսի վրա՝ CA չափելու համար:Երբ ենթաշերտի թեքության անկյունը մեծանում է 2°/վ արագությամբ (n = 4), SA-ը չափվում է, երբ կաթիլը ընկնում է:
Pseudomonas aeruginosa [American Type Culture Collection (ATCC) 27853] և MRSA (ATCC 25923) գնվել են ATCC-ից (Մանասաս, Վիրջինիա, ԱՄՆ), իսկ պահեստային կուլտուրան պահպանվել է -80°C-ում:Օգտագործելուց առաջ սառեցված կուլտուրան 18 ժամ ինկուբացրել են տրիպսինով հալված սոյայի արգանակում (Կոմեդ, Կորեա) 37°C ջերմաստիճանում 18 ժամ, այնուհետև երկու անգամ տեղափոխել են այն ակտիվացնելու համար:Ինկուբացիայից հետո մշակույթը ցենտրիֆուգվել է 10,000 rpm 10 րոպե 4°C-ում և երկու անգամ լվանալ PBS (pH 7.3) լուծույթով:Ցենտրիֆուգված մշակույթն այնուհետև ենթամշակվում է արյան ագարի թիթեղների վրա (BAP):MRSA-ն և Pseudomonas aeruginosa-ն պատրաստվել են գիշերվա ընթացքում և մշակվել Luria-Bertani արգանակում:Pseudomonas aeruginosa-ի և MRSA-ի կոնցենտրացիան պատվաստանյութում քանակապես որոշվել է կասեցման CFU-ով ագարի վրա սերիական նոսրացումներում:Այնուհետև մանրէների կոնցենտրացիան կարգավորեք մինչև 0,5 McFarland ստանդարտ, որը համարժեք է 108 CFU/ml:Այնուհետև նոսրացրեք գործող բակտերիալ կախոցը 100 անգամ մինչև 106 CFU/ml:Հակաբակտերիալ կպչուն հատկությունները ստուգելու համար ենթաշերտը 121°C ջերմաստիճանում 15 րոպե օգտագործելուց առաջ մանրէազերծվել է:Այնուհետև սուբստրատը տեղափոխվեց 25 մլ բակտերիաների կախույթ և ինկուբացվեց 37°C ջերմաստիճանում ուժեղ թափահարումով (200 ռ/րոպ) 12 և 72 ժամ:Ինկուբացիայից հետո յուրաքանչյուր սուբստրատ հեռացվեց ինկուբատորից և 3 անգամ լվացվեց PBS-ով, որպեսզի հեռացնեն լողացող բակտերիաները մակերեսի վրա:Ենթաշերտի վրա բիոֆիլմը դիտարկելու համար բիոֆիլմը ֆիքսվել է մեթանոլով և 2 րոպե ներկվել 1 մլ կրիմիդին նարնջով:Այնուհետև լյումինեսցենտային մանրադիտակով (BX51TR, Olympus, Japan) նկարել են ներկված բիոֆիլմը։Ենթաշերտի վրա բիոֆիլմը քանակականացնելու համար կցված բջիջները բաժանվել են ենթաշերտից բշտիկային հորձանուտ մեթոդով, որը համարվում է կցված բակտերիաների հեռացման ամենահարմար մեթոդը (n=4):Օգտագործելով ստերիլ աքցան, հանեք ենթաշերտը աճող միջավայրից և հպեք ջրհորի թիթեղին՝ ավելորդ հեղուկը հեռացնելու համար:Ազատ կցված բջիջները հեռացվել են ստերիլ PBS-ով երկու անգամ լվանալով:Յուրաքանչյուր սուբստրատ այնուհետև տեղափոխվեց ստերիլ փորձանոթ, որը պարունակում էր 9 մլ 0,1% սպիտակուցային ept ֆիզիոլոգիական լուծույթ (PSW) և 2 գ 20-25 ստերիլ ապակե ուլունքներ (0,4-ից 0,5 մմ տրամագծով):Այնուհետև այն պտտվել է 3 րոպե՝ բջիջները նմուշից անջատելու համար:Պտտվելուց հետո կախոցը սերիական նոսրացրել են 10 անգամ 0,1% PSW-ով, այնուհետև յուրաքանչյուր նոսրացումից 0,1 մլ պատվաստվել է BAP-ի վրա:37°C-ում 24 ժամ ինկուբացիայից հետո CFU-ն հաշվվել է ձեռքով:
Բջիջների համար օգտագործվել են մկների FIbroblasts NIH/3T3 (CRL-1658; American ATCC) և մկների մակրոֆագներ RAW 264.7 (TIB-71; American ATCC):Օգտագործեք Dulbecco-ի մոդիֆիկացված Eagle միջավայրը (DMEM; LM001-05, Welgene, Կորեա) մկան ֆիբրոբլաստների մշակման համար և լրացրեք 10% հորթի շիճուկ (S103-01, Welgene) և 1% պենիցիլին-streptomycin (PS ; LS202-02, Welgenelgene): Օգտագործեք DMEM մկների մակրոֆագների մշակման համար, որը լրացվում է 10% տավարի շիճուկով (S001-01, Welgene) և 1% PS-ով: Բջիջները ինկուբացրել են 37°C-ում և 5% CO2-ով, բջիջները 20 րոպե ֆիքսել են 4% պարաֆորմալդեհիդով և տեղադրել 0,5% Triton X ինկուբացիայի մեջ 50nM տետրամեթիլռոդամինի մեջ 37°C-ում 30 րոպեի ընթացքում օգտագործեք ենթաշերտը 4′,6-դիամինո-2-ֆենիլինդոլով (H -1200, Vector Laboratories, UK) VECTASHIELD ֆիքսման միջավայր (n = 4 մեկ բջջի համար): , fluorescein, fluorescein isothiocyanate-albumin (A9771, Sigma-Aldrich, Germany) և մարդկային պլազմա Alexa Fluor 488-conjugated fibrinogen (F13191, Invitrogen, USA) լուծարվել է PBS (10.7 mM4, pH):Ալբումինի և ֆիբրինոգենի կոնցենտրացիաները եղել են համապատասխանաբար 1 և 150 մկգ/մլ։Ենթաշերտից հետո Նախքան սպիտակուցի լուծույթի մեջ ընկղմվելը, դրանք ողողեք PBS-ով, որպեսզի մակերեսը խոնավացվի:Այնուհետև բոլոր ենթաշերտերը ընկղմեք սպիտակուցի լուծույթ պարունակող վեց հորատանցքի ափսեի մեջ և ինկուբացրեք 37°C ջերմաստիճանում 30 և 90 րոպե:Ինկուբացիայից հետո սուբստրատը հեռացվեց սպիտակուցի լուծույթից, նրբորեն լվացվեց PBS-ով 3 անգամ և ամրացվեց 4% պարաֆորմալդեհիդով (n = 4 յուրաքանչյուր սպիտակուցի համար):Կալցիումի համար նատրիումի քլորիդը (0,21 Մ) և կալիումի ֆոսֆատը (3,77 մՄ) լուծվել են դեյոնացված ջրի մեջ:Լուծույթի pH-ը ճշգրտվել է մինչև 2.0՝ ավելացնելով հիդրոքլորիդային լուծույթ (1M):Այնուհետեւ լուծույթում լուծվել է կալցիումի քլորիդ (5,62 մՄ):1M տրիս(հիդրօքսիմեթիլ)-ամինո մեթանը ավելացնելով լուծույթի pH-ը 7,4-ի:Բոլոր ենթաշերտերը ընկղմեք վեց ջրհորի ափսեի մեջ, որը լցված է 1,5× կալցիումի ֆոսֆատի լուծույթով և 30 րոպե հետո հանեք լուծույթից:Գունավորման համար 2 գ Alizarin Red S (CI 58005) խառնել 100 մլ դեիոնացված ջրի հետ։Այնուհետև օգտագործեք 10% ամոնիումի հիդրօքսիդ՝ pH-ը 4-ի կարգավորելու համար: Ներկեք ենթաշերտը Alizarin Red լուծույթով 5 րոպե, այնուհետև թափահարեք ավելցուկային ներկը և բիծը:Թափահարման գործընթացից հետո հանեք ենթաշերտը:Նյութը ջրազրկվում է, այնուհետև 5 րոպե ընկղմվում է ացետոնի մեջ, այնուհետև 5 րոպե ընկղմվում է ացետոն-քսիլեն (1:1) լուծույթի մեջ և վերջում լվանում քսիլենով (n = 4):Օգտագործվում է ֆլուորեսցենտային մանրադիտակ (Axio Imager) ×10 և ×20 օբյեկտիվ ոսպնյակներով։.A2m, Zeiss, Գերմանիա) պատկերում է բոլոր ենթաշերտերը:ImageJ/FIJI (https://imagej.nih.gov/ij/) օգտագործվել է կենսաբանական նյութերի կպչունության տվյալները քանակականացնելու համար չորս տարբեր պատկերային տարածքների յուրաքանչյուր խմբի վրա:Փոխակերպեք բոլոր պատկերները երկուական պատկերների՝ ֆիքսված շեմերով՝ սուբստրատի համեմատության համար:
Օգտագործվել է Zeiss LSM 700 կոնֆոկալ մանրադիտակ՝ PBS-ում քսանյութի շերտի կայունությունը արտացոլման ռեժիմում վերահսկելու համար:Ֆտորի վրա հիմնված SAM-պատված ապակու նմուշը ներարկված քսայուղային շերտով ընկղմվել է PBS լուծույթի մեջ և փորձարկվել է ուղեծրային ցնցման միջոցով (SHO-1D; Daihan Scientific, Հարավային Կորեա) մեղմ թափահարման պայմաններում (120 rpm):Այնուհետև վերցրեք նմուշը և վերահսկեք քսանյութի կորուստը՝ չափելով արտացոլված լույսի կորուստը:Արտացոլման ռեժիմում ֆլուորեսցենտային պատկերներ ստանալու համար նմուշը ենթարկվում է 633 նմ լազերի, այնուհետև հավաքվում է, քանի որ լույսը կարտացոլվի նմուշից:Նմուշները չափվել են 0, 30, 60 և 120 ժամ ընդմիջումներով:
Մակերեւույթի ձևափոխման գործընթացի ազդեցությունը օրթոպեդիկ իմպլանտների նանոմեխանիկական հատկությունների վրա որոշելու համար նանոինդենդիոնը չափելու համար օգտագործվել է նանոինդենտ (TI 950 TriboIndenter, Hysitron, ԱՄՆ)՝ հագեցած եռակողմ բրգաձև Բերկովիչ ադամանդի ծայրով:Պիկ բեռնվածությունը 10 մՆ է, իսկ մակերեսը՝ 100 մկմx 100 մկմ:Բոլոր չափումների համար բեռնման և բեռնաթափման ժամանակը 10 վ է, իսկ գագաթնակետային բեռնվածքի տակ պահելու ժամանակը 2 վրկ է:Չափումներ կատարեք հինգ տարբեր վայրերից և վերցրեք միջինը:Բեռի տակ մեխանիկական ամրության կատարումը գնահատելու համար կատարվել է լայնակի եռակետով ճկման փորձարկում՝ օգտագործելով ունիվերսալ փորձարկման մեքենա (Instron 5966, Instron, ԱՄՆ):Ենթաշերտը սեղմվում է 10 Ն/վ հաստատուն արագությամբ՝ ավելացած բեռով:Bluehill Universal ծրագրային ապահովումը (n = 3) օգտագործվել է ճկման մոդուլը և առավելագույն սեղմման լարումը հաշվարկելու համար:
Վիրահատության ընթացքը և վիրահատության ընթացքում պատճառված մեխանիկական վնասը մոդելավորելու նպատակով վիրահատությունը կատարվել է in vitro:Ֆեմուրները հավաքվել են մահապատժի ենթարկված նորզելանդական սպիտակ ճագարներից։Ֆեմուրը մաքրվել և 1 շաբաթ ֆիքսվել է 4% պարաֆորմալդեհիդում։Ինչպես նկարագրված է կենդանիների փորձարկման մեթոդում, ֆիքսված ֆեմուրը վիրահատվել է:Վիրահատությունից հետո օրթոպեդիկ իմպլանտը 10 վրկ ընկղմվեց արյան մեջ (ձիու արյուն, KISAN, Կորեա)՝ հաստատելու, թե արդյոք արյան կպչունությունը տեղի է ունեցել մեխանիկական վնասվածքի կիրառումից հետո (n=3):
Ընդհանուր առմամբ 24 արու նորզելանդական սպիտակ նապաստակներ (քաշը 3,0-ից 3,5 կգ, միջին տարիքը 6 ամսական) պատահականորեն բաժանվել են չորս խմբի՝ մերկ բացասական, մերկ դրական, SHP և LOIS:Կենդանիների հետ կապված բոլոր ընթացակարգերը կատարվել են Կենդանիների խնամքի և օգտագործման ինստիտուցիոնալ կոմիտեի էթիկական չափանիշներին համապատասխան (IACUC հաստատված, KOREA-2017-0159):Օրթոպեդիկ իմպլանտը բաղկացած է հինգ անցքերով փակող թիթեղից (երկարությունը՝ 41 մմ, լայնությունը՝ 7 մմ, հաստությունը՝ 2 մմ) և կեղևի փակման պտուտակներից (երկարությունը՝ 12 մմ, տրամագիծը՝ 2,7 մմ) կոտրվածքների ամրագրման համար։Բացառությամբ այն թիթեղների և պտուտակների, որոնք օգտագործվում են մերկ բացասական խմբում, բոլոր թիթեղները և պտուտակները ինկուբացվել են MRSA կասեցման մեջ (106 CFU/ml) 12 ժամ:Մերկ-բացասական խումբը (n=6) բուժվել է մերկ մակերեսային իմպլանտներով՝ առանց բակտերիալ կախոցի ազդեցության՝ որպես վարակի բացասական հսկողություն:Մերկ դրական խումբը (n = 6) բուժվել է մերկ մակերեսային իմպլանտով, որը ենթարկվել է բակտերիաների ազդեցությանը որպես վարակի դրական հսկողություն:SHP խումբը (n = 6) բուժվել է բակտերիալ ազդեցության տակ գտնվող SHP իմպլանտներով:Ի վերջո, LOIS խումբը բուժվել է մանրէների ազդեցության տակ գտնվող LOIS իմպլանտներով (n = 6):Բոլոր կենդանիները պահվում են վանդակում, մեծ քանակությամբ սնունդ ու ջուր է տրվում։Մինչ վիրահատությունը ճագարներին 12 ժամ ծոմ են պահել։Կենդանիներին անզգայացրել են քսիլազինի միջմկանային ներարկումով (5մգ/կգ) և պակլիտաքսելի ներերակային ներարկումով (3մգ/կգ) ինդուկցիայի համար:Դրանից հետո շնչառական համակարգի միջոցով փոխանցեք 2% իզոֆլուրան և 50% -ից 70% բժշկական թթվածին (հոսքի արագությունը 2 լ/րոպե)՝ անզգայացումը պահպանելու համար:Այն տեղադրվում է կողային ֆեմուրին ուղղակի մոտեցման միջոցով:Մազահեռացումից և մաշկի պովիդոն-յոդով ախտահանումից հետո ձախ միջին ազդրի արտաքին մասում մոտ 6 սմ երկարությամբ կտրվածք է արվել։Ֆեմուրը ծածկող մկանների միջև բացը բացելով՝ ֆեմուրը լիովին մերկացվում է։Տեղադրեք թիթեղը ազդրային լիսեռի դիմաց և ամրացրեք այն չորս պտուտակներով:Ֆիքսումից հետո օգտագործեք սղոցի շեղբ (1 մմ հաստությամբ) երկրորդ անցքի և չորրորդ անցքի միջև ընկած հատվածում արհեստականորեն կոտրվածք ստեղծելու համար:Վիրահատության ավարտին վերքը լվացել են ֆիզիոլոգիական լուծույթով և փակել կարերով։Յուրաքանչյուր նապաստակի ենթամաշկային ներարկվել է էնրոֆլոքսացին (5 մգ/կգ), նոսրացված մեկ երրորդով աղի լուծույթով:Բոլոր կենդանիների մոտ (0, 7, 14, 21, 28 և 42 օր) կատարվել է ազդրոսկրի հետվիրահատական ​​ռենտգեն՝ ոսկորի օստեոտոմիան հաստատելու համար:Խորը անզգայացումից հետո բոլոր կենդանիները սպանվել են ներերակային KCl (2 մմոլ/կգ) 28 և 42 օրերի ընթացքում:Մահապատժից հետո ֆեմուրը սկանավորվել է միկրո-CT-ով՝ դիտարկելու և համեմատելու ոսկրերի բուժման գործընթացը և նոր ոսկորների ձևավորումը չորս խմբերի միջև:
Մահապատժից հետո հավաքվել են փափուկ հյուսվածքները, որոնք անմիջական շփման մեջ են եղել օրթոպեդիկ իմպլանտների հետ։Հյուսվածքը ֆիքսվել է 10% չեզոք բուֆերացված ֆորմալինի մեջ մեկ գիշերվա ընթացքում, այնուհետև ջրազրկվել է EtOH-ում:Ջրազրկված հյուսվածքը տեղադրվել է պարաֆինի մեջ և կտրվել 40 մկմ հաստությամբ միկրոտոմի միջոցով (400CS; EXAKT, Գերմանիա):Վարակը պատկերացնելու համար կատարվել է H&E ներկում և MT ներկում:Հաղորդավարի արձագանքը ստուգելու համար կտրված հյուսվածքը ինկուբացվել է նապաստակի հակա-TNF-α առաջնային հակամարմինով (AB6671, Abcam, ԱՄՆ) և նապաստակի հակա-IL-6 (AB6672; Abcam, ԱՄՆ), այնուհետև մշակվել է ծովաբողկով:Օքսիդազ.Կիրառեք ավիդին-բիոտինային կոմպլեքս (ABC) ներկման համակարգը հատվածների վրա՝ ըստ արտադրողի ցուցումների:Որպես շագանակագույն ռեակցիայի արտադրանք հայտնվելու համար բոլոր մասերում օգտագործվել է 3,3-դիամինոբենզիդին։Թվային սլայդ սկաներ (Pannoramic 250 Flash III, 3DHISTECH, Հունգարիա) օգտագործվել է բոլոր հատվածները պատկերացնելու համար, և յուրաքանչյուր խմբի առնվազն չորս սուբստրատ վերլուծվել է ImageJ ծրագրաշարով:
Ռենտգեն պատկերներ են արվել բոլոր կենդանիների մոտ վիրահատությունից հետո և ամեն շաբաթ՝ կոտրվածքների ապաքինումը վերահսկելու համար (n=6 յուրաքանչյուր խմբի համար):Կատարումից հետո բարձր լուծաչափով միկրո-CT օգտագործվել է բուժվելուց հետո ֆեմուրի շուրջ կոլուսի ձևավորումը հաշվարկելու համար:Ստացված ֆեմուրը մաքրվել է, 3 օր ֆիքսվել 4% պարաֆորմալդեհիդում և ջրազրկվել 75% էթանոլի մեջ։Այնուհետև ջրազրկված ոսկորները սկանավորվեցին՝ օգտագործելով միկրո CT (SkyScan 1173, Brooke Micro-CT, Kandy, Բելգիա)՝ ոսկրային նմուշի 3D վոկսելային պատկերներ (2240×2240 պիքսել) ստեղծելու համար:Ազդանշանի աղմուկը նվազեցնելու համար օգտագործեք 1,0 մմ Al ֆիլտր և կիրառեք բարձր լուծաչափություն բոլոր սկանավորման համար (E = 133 կՎտ, I = 60 μA, ինտեգրման ժամանակ = 500 մվ):Nrecon ծրագրակազմը (տարբերակ 1.6.9.8, Bruker microCT, Kontich, Բելգիա) օգտագործվել է ձեռք բերված 2D կողային պրոյեկցիայից սկանավորված նմուշի 3D ծավալ ստեղծելու համար:Վերլուծության համար 3D վերակառուցված պատկերը բաժանվում է 10 մմ × 10 մմ × 10 մմ խորանարդի ՝ ըստ կոտրվածքի վայրի:Հաշվեք կեղևի ոսկորից դուրս գտնվող կոալուսը:DataViewer (տարբերակ 1.5.1.2; Bruker microCT, Kontich, Բելգիա) ծրագրակազմը օգտագործվել է սկանավորված ոսկրային ծավալը թվային վերահղման համար, իսկ վերլուծության համար օգտագործվել է CT-Analyzer (տարբերակ 1.14.4.1; Bruker microCT, Kontich, Բելգիա) ծրագրակազմը:Ռենտգենյան ճառագայթների կլանման հարաբերական գործակիցները հասուն ոսկորում և կոշտուկում առանձնանում են իրենց խտությամբ, այնուհետև քանակականացվում է կոշտուկի ծավալը (n=4):Հաստատելու համար, որ LOIS-ի կենսահամատեղելիությունը չի հետաձգում ոսկրերի ապաքինման գործընթացը, լրացուցիչ ռենտգեն և միկրո-CT անալիզ է իրականացվել երկու նապաստակների՝ մերկ-բացասական և LOIS խմբերի մոտ:Երկու խմբերն էլ մահապատժի են ենթարկվել 6-րդ շաբաթում։
Զոհաբերված կենդանիների ֆեմուրները հավաքվել են և 3 օր ֆիքսվել 4% պարաֆորմալդեհիդում:Այնուհետև օրթոպեդիկ իմպլանտը խնամքով հեռացվում է ֆեմուրից:Ֆեմուրը մաքրվել է 21 օրվա ընթացքում՝ օգտագործելով 0.5 M EDTA (EC-900, National Diagnostics Corporation):Այնուհետև կալցիֆիկացված ֆեմուրը ընկղմվել է EtOH-ի մեջ, որպեսզի այն ջրազրկվի:Ջրազրկված ֆեմուրը հանվել է քսիլենի մեջ և ներկառուցվել պարաֆինի մեջ:Այնուհետև նմուշը կտրատվել է ավտոմատ պտտվող միկրոտոմի միջոցով (Leica RM2255, Leica Biosystems, Գերմանիա) 3 մկմ հաստությամբ:TRAP-ի ներկման համար (F6760, Sigma-Aldrich, Գերմանիա) կտրված նմուշները ապապարաֆինացվել են, ռեհիդրատացվել և 1 ժամ ինկուբացվել TRAP ռեագենտում 37°C ջերմաստիճանում:Պատկերները ձեռք են բերվել սլայդ սկաների միջոցով (Pannoramic 250 Flash III, 3DHISTECH, Հունգարիա) և քանակականացվել՝ չափելով ներկված տարածքի ծածկույթը:Յուրաքանչյուր փորձի ժամանակ յուրաքանչյուր խմբի առնվազն չորս սուբստրատ վերլուծվել է ImageJ ծրագրային ապահովման միջոցով:
Վիճակագրական նշանակության վերլուծությունը կատարվել է GraphPad Prism-ի միջոցով (GraphPad Software Inc., ԱՄՆ):Չզույգված t-թեստը և միակողմանի շեղումների վերլուծությունը (ANOVA) օգտագործվել են գնահատման խմբերի միջև տարբերությունները ստուգելու համար:Նկարում նշանակության մակարդակը նշված է հետևյալ կերպ. *P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001 և ****P<0.0001;Ն.Ս., էական տարբերություն չկա.
Այս հոդվածի լրացուցիչ նյութերի համար տե՛ս http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/44/eabb0025/DC1
Սա բաց հասանելիության հոդված է, որը տարածվում է Creative Commons Attribution-Non-Commercial License-ի պայմաններով, որը թույլ է տալիս օգտագործել, տարածել և վերարտադրել ցանկացած միջավայրում, քանի դեռ օգտագործումը կոմերցիոն շահի համար չէ, և նախադրյալն այն է, որ բնօրինակը աշխատանքը ճիշտ է:Հղում.
Նշում. Մենք խնդրում ենք ձեզ միայն էլփոստի հասցե տրամադրել, որպեսզի այն անձը, ում խորհուրդ եք տալիս էջին, իմանա, որ դուք ցանկանում եք, որ նա տեսնի էլփոստը, և որ նամակը սպամ չէ:Մենք չենք գրավի էլփոստի հասցեներ:
Այս հարցն օգտագործվում է ստուգելու, թե արդյոք դուք մարդ այցելու եք և կանխելու ավտոմատ սպամի ներկայացումները:
Չոե Կյուն Մին, Օ Յանգ Ջանգ, Պարկ Ջուն Ջուն, Լի Ջին Հյուկ, Կիմ Հյոն Չոլ, Լի Կյուն Մուն, Լի Չանգ Կյու, Լի Յոն Տեկ, Լի Սուն-ուկ, Ջոն Մորուի
Օրթոպեդիկ իմպլանտների հակաբակտերիալ և իմունային փախուստի ծածկույթները կարող են նվազեցնել վարակների և վարակների հետևանքով առաջացած իմունային պատասխանները:
Չոե Կյուն Մին, Օ Յանգ Ջանգ, Պարկ Ջուն Ջուն, Լի Ջին Հյուկ, Կիմ Հյոն Չոլ, Լի Կյուն Մուն, Լի Չանգ Կյու, Լի Յոն Տեկ, Լի Սուն-ուկ, Ջոն Մորուի
Օրթոպեդիկ իմպլանտների հակաբակտերիալ և իմունային փախուստի ծածկույթները կարող են նվազեցնել վարակների և վարակների հետևանքով առաջացած իմունային պատասխանները:
©2021 Գիտության առաջընթացի ամերիկյան ասոցիացիա.բոլոր իրավունքները պաշտպանված են.AAAS-ը HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef և COUNTER ընկերությունների գործընկերն է:ScienceAdvances ISSN 2375-2548.