Ji bo nexweşên ku di bin emeliyata implantasyona ortopedîk de ne, enfeksiyonên bakterî û bersivên berevaniyê yên enfeksiyonê her gav xeternak in.Materyalên biyolojîkî yên kevneşopî ji gemariya biyolojîkî re têkildar in, ku dibe sedem ku bakterî derbasî devera birîndar bibin û bibe sedema enfeksiyona piştî emeliyatê.Ji ber vê yekê, pêdivîyek lezgîn heye ku ji bo implantên ortopedîk cil û bergên dijî enfeksiyonê û revîna xweparastinê pêşve bibin.Li vir, me teknolojiyek guheztina rûkalê ya pêşkeftî ya ji bo implantên ortopedîk bi navê Rûviya Implant a Ortopedîk a Lubricated (LOIS) pêşve xistiye, ku ji rûviya xweş a cereyên nebatên çolê tê îlhamkirin.LOIS ji cûrbecûr şilav û madeyên biyolojîkî (di nav de xaneyên, proteîn, kalsiyûm û bakteriyan) xwedan şilavek dirêj û xurt e.Wekî din, me domdariya mekanîkî ya li dijî xêzikan û hêza rastkirinê bi simulkirina zirara neçar a di dema emeliyata in vitro de piştrast kir.Modela şikestina femoral a înflamatuar a mêjûya hestiyê kerê hate bikar anîn da ku bi hûrgulî pîvandina antî-biyolojîkî û şiyana dijî-enfeksiyonê ya LOIS were lêkolîn kirin.Em texmîn dikin ku LOIS, ku xwedan taybetmendiyên dijî-biofuling û domdariya mekanîkî ye, di neştergeriya ortopedîkî ya bê enfeksiyonê de gavek pêş de ye.
Îro, ji ber pîrbûna giştî, hejmara nexweşên ku ji nexweşiyên ortopedîk (wek şikestinên pîr, nexweşiyên dejenerasyonê yên movikan, û osteoporoz) dikişînin pir zêde bûye (1, 2).Ji ber vê yekê, saziyên bijîjkî girîngiyek mezin didin emeliyata ortopediyê, di nav de implantên ortopedîk ên pêçan, lewheyên, neynûk û movikên sûnî (3, 4).Lêbelê, implantên ortopedîk ên kevneşopî hatine ragihandin ku ji adhezîyona bakterî û avakirina biyofilmê re têkildar in, ku dikare bibe sedema enfeksiyona cîhê neştergerî (SSI) piştî emeliyatê (5, 6).Dema ku biyofilm li ser rûyê implanta ortopedîk çêbibe, bi karanîna dozên mezin ên antîbiyotîkan jî rakirina biyofilmê pir dijwar dibe.Ji ber vê yekê, ew bi gelemperî dibe sedema enfeksiyonên giran ên piştî emeliyatê (7, 8).Ji ber pirsgirêkên li jor, divê dermankirina împlantên enfeksiyonê ji nû ve were xebitandin, tevî rakirina hemî implantan û tevnên derdorê;ji ber vê yekê, nexweş dê êşek giran û hin xetereyan bikişîne (9, 10).
Ji bo çareserkirina hin ji van pirsgirêkan, implantên ortopedîk ên derman-hilweşîn hatine pêşve xistin da ku pêşî li enfeksiyonê bigire bi rakirina bakteriyên ku bi rûxê ve girêdayî ne (11, 12).Lêbelê, stratejî hîn jî çend sînoran nîşan dide.Hat ragihandin ku dirêj-dirêj împlantasyonên narkotîkê zerar gihandiye tevnên derdorê û bûye sedema iltîhaba, ku dibe sedema nekrozê (13, 14).Wekî din, solavên organîk ên ku dibe ku piştî pêvajoya hilberîna implantên ortopedîk ên narkotîkê hebin, ku ji hêla Rêvebiriya Xurek û Dermanê Dewletên Yekbûyî ve bi tundî têne qedexe kirin, ji bo bicîhanîna standardên wê gavên paqijkirinê yên din hewce dikin (15).Implantên narkotîkê ji bo serbestberdana kontrolkirî ya dermanan dijwar in, û ji ber barkirina dermanên wan ên kêm, sepana dirêj-dirêj a dermanê ne pêkan e (16).
Stratejiyek din a hevpar ev e ku implant bi polîmerek antîfûlîng were xêzkirin da ku pêşî li maddeyên biyolojîk û bakteriyan bigire ku li ser rûyê erdê nemînin (17).Mînakî, polîmerên zwitterionîk ji ber taybetmendiyên xwe yên ne-zeliqandî dema ku bi proteînên plazmayê, hucre û bakteriyan re dikevin têkiliyê bal kişandine.Lêbelê, ew xwedan hin tixûbên bi aramiya demdirêj û domdariya mekanîkî ve girêdayî ye, ku sepana wê ya pratîkî di implantên ortopedîk de asteng dike, nemaze ji ber ku di dema prosedurên neştergerî de qutkirina mekanîkî (18, 19).Wekî din, ji ber biyolojiya wê ya bilind, nebûna hewcedariya neştergeriya rakirinê, û taybetmendiyên paqijkirina rûxê bi riya korozyonê, implantên ortopedîk ên ji materyalên biyolojîk hatine çêkirin hatine bikar anîn (20, 21).Di dema korozyonê de, bendên kîmyewî yên di navbera matrixa polîmer de têne şkestin û ji rûxê têne veqetandin, û pêgirtan rûyê xwe paqij dikin.Lêbelê, qirêjiya antî-biyolojîkî ya bi paqijkirina rûyê erdê di demek kurt de bandor e.Digel vê yekê, pir materyalên veguhezbar, di nav de polî (kopolîmera asîdê laktîk-asîda glycolîk) (PLGA), asîda polîlaktîk (PLA) û aligirên magnesium-ê dê di laş de di bin biyolojîk û erozyona neyeksan de bin, ku dê bandorek neyînî li aramiya mekanîkî bike.(bîst û du).Digel vê yekê, perçeyên plakaya biyolojîkî cîhek peyda dikin ku bakteriyan pêve bibin, ku di demek dirêj de şansê enfeksiyonê zêde dike.Ev xetera hilweşîna mekanîkî û enfeksiyonê sepana pratîkî ya cerahîya plastîk sînordar dike (23).
Rûberên superhîdrofobîk (SHP) yên ku strukturên hiyerarşîk ên pelên lotusê dişibînin, bûne çareseriyek potansiyel ji bo rûberên dijî-pîs (24, 25).Dema ku rûbera SHP-ê di nav şilekê de tê rijandin, dê bilbilên hewayê werin girtin, bi vî rengî qulikên hewayê çê dibin û rê li ber girêdana bakteriyan digire (26).Lêbelê, lêkolînên vê dawîyê destnîşan kirin ku rûyê SHP-ê dezawantajên bi domdariya mekanîkî û aramiya demdirêj ve girêdayî ye, ku sepana wê di implantên bijîjkî de asteng dike.Digel vê yekê, çîpên hewayê dê hel bibin û taybetmendiyên xwe yên dijî-pîsbûnê winda bikin, bi vî rengî ji ber rûbera mezin a rûbera SHP-ê (27, 28) dibe sedema girêdana bakterî ya berfireh.Di van demên dawîn de, Aizenberg û hevkarên xwe bi pêşxistina rûyek nerm a ku ji nebata cermê Nepenthes ve hatî îlhama kirin, rêbazek nûjen a rûxandina rûyê dijî-biofouling destnîşan kirin (29, 30).Rûyê hêşîn di bin şert û mercên hîdrolîk de aramiya demdirêj nîşan dide, ji şilavên biyolojîkî re zehf şil e, û xwedan taybetmendiyên xwe-tamîrkirinê ye.Lêbelê, ne rêbazek heye ku pêvekek li ser implantasyonek bijîjkî ya bi teşeya tevlihev were sepandin, ne jî hate îsbat kirin ku piştgirî dide pêvajoya saxkirina tevna zirarê ya piştî çandiniyê.
Li vir, em rûberek implantasyona ortopedîk a rûnkirî (LOIS), rûyek implantasyona ortopedîkî ya mîkro/nano-sazkirî û bi qatek rûnî ya zirav ve tê hev kirin da ku pêşî li girêdana wê bi cerahîya plastîk ve bigire Enfeksiyonên bakterî, wek rastkirina şikestinan, didin nasîn.Ji ber ku strukturên mîkro/nano-asta fonksiyonelkirî ya fluorînê bi zexmî rûnê li ser strukturê rast dike, LOIS-a pêşkeftî dikare bi tevahî guheztina şikilên cihêreng paşde bikişîne û performansa dijî-pîsbûnê ji bo demek dirêj biparêze.Kincên LOIS dikarin li ser materyalên cûrbecûr yên ku ji bo senteza hestî têne sepandin.Taybetmendiyên dij-biyolojîk ên hêja yên LOIS li dijî bakteriyên biyofilmê [Pseudomonas aeruginosa û Staphylococcus aureus-berxwedêr a methicillin (MRSA)] û maddeyên biyolojîkî (hucre, proteîn û kalsiyûm) in vitro hatine piştrast kirin.Rêjeya adhesion a adhesiona berfireh a bi substratê ji %1 kêmtir e.Digel vê yekê, tewra piştî ku stresa mekanîkî ya wekî xişandina rûkê çêbibe jî, xwe-paqijkirina ku ji hêla lubricantê veqetandî ve hatî çêkirin dibe alîkar ku taybetmendiyên wê yên dij-pîsbûnê biparêze.Encamên ceribandina domdariya mekanîkî destnîşan dikin ku tewra piştî guheztina avahî û kîmyewî jî, hêza tevahî dê bi girîngî kêm nebe.Wekî din, ceribandinek in vitro ya ku stresa mekanîkî ya li hawîrdora neştergeriyê simule dike hate kirin da ku îspat bike ku LOIS dikare li hember stresên mekanîkî yên cihêreng ên ku di dema emeliyata plastîk de çêdibin bisekinin.Di dawiyê de, me modelek şikestî ya femoral a di vivo-based kerêk de bikar anî, ku îsbat kir ku LOIS xwedan taybetmendiyên antîbakteriyal û biyolojîkî yên bilind e.Encamên radyolojîk û histolojîk piştrast kirin ku behremendiya rûnê ya domdar û taybetmendiyên dij-biofuling di nav 4 hefteyan de piştî implantasyonê dikare performansa dijî-enfeksiyonê û revîna berevaniyê ya bi bandor bi dest bixe bêyî ku pêvajoya başkirina hestî dereng bike.
Figure 1A nexşeyek şematîkî ya LOIS-ya pêşkeftî nîşan dide, ku bi strukturên mîkro/nano-pîvana di modela şikestina femoralê ya kevroşkê de hatî veguheztin da ku taybetmendiyên wê yên dij-biyolojîkî yên hêja û li dijî enfeksiyonê piştrast bike.Rêbazek biomimetîkî ji bo simulkirina rûbera nebatek potek avê, û ji bo pêşîgirtina biyofouling bi tevlêkirina qatek rûnê di hundurê avahiya mîkro/nano ya rûkê de tê meşandin.Rûyê ku bi lubrîcantê tê derzîkirin dikare têkiliya di navbera maddeyên biyolojîkî û rûxê de kêm bike.Ji ber vê yekê, ji ber damezrandina bendên kîmyewî yên domdar ên li ser rûyê erdê, ew xwedan performansa antîfouling û aramiya demdirêj e.Wekî encamek, taybetmendiyên dijî-biofouling ên rûbera rûnê rê dide sepanên pratîkî yên cihêreng di lêkolîna biyolojîkî de.Lêbelê, lêkolînek berfireh li ser ka ev rûxara taybetî di laş de çawa tevdigere hêj nehatiye qedandin.Bi danberhevkirina LOIS bi substratên tazî re di vitro de bi karanîna bakteriyên albumîn û biofilmê re, nezelalbûna LOIS dikare were pejirandin (Wêne 1B).Digel vê yekê, bi avêtina dilopên avê yên li ser substrata tazî ya meyldar û substrata LOIS (Wêne S1 û Fîlim S1), performansa qirêjiya biyolojîkî dikare were destnîşan kirin.Wekî ku di wêneya mîkroskopa floransansê de tê xuyang kirin, substrata vekirî ya ku di nav suspensionek ji proteîn û bakteriyan de hatî înkub kirin, hejmareke mezin ji materyalên biyolojîkî yên ku li ser rûyê erdê ve girêdayî ye nîşan da.Lêbelê, ji ber taybetmendiyên wê yên dij-biyolojîk ên hêja, LOIS bi zorê floransê nîşan dide.Ji bo ku taybetmendiyên wê yên dij-biofuling û dij enfeksiyonê were piştrast kirin, LOIS li ser rûbera implantên ortopedîk ên ji bo senteza hestî (plak û pîç) hate sepandin û di modela şkestîna kevroşkê de hate danîn.Berî implantasyonê, implantên ortopedîk ên tazî û LOIS 12 demjimêran di nav suspensionek bakterî de hatin inkubasyon kirin.Pêş-inkubasyon piştrast dike ku ji bo berhevdanê biyofilmek li ser rûyê implanta vekirî tê çêkirin.Figure 1C wêneyek cîhê şkestinê 4 hefte piştî implantasyonê nîşan dide.Li milê çepê, kevroşkek bi împlantek ortopedîkî ya tazî ji ber çêbûna biyofilmek li ser rûyê implantê astek giran a iltîhaba nîşan da.Encama berevajî di kêvroşkên ku bi LOIS hatine çandin de hate dîtin, ango tevnên derdorê yên LOIS ne nîşanên enfeksiyonê û ne jî nîşanên iltîhadê nîşan didin.Wekî din, wêneya optîkî ya li milê çepê cîhê neştergerî yê kevroşkê bi implanta vekirî nîşan dide, û destnîşan dike ku li ser rûbera implantasyona eşkerekirî gelek zeliqandî li ser rûyê LOIS nehatine dîtin.Ev nîşan dide ku LOIS xwedan îstîqrara dirêj-dirêj e û xwedan şiyana ku xweya gemarî û antî-adhesionê ya dijî-biyolojîkî biparêze.
(A) Diyagrama şematîkî ya LOIS û pêvekirina wê di modela şikestina femoral a kerê de.(B) Wêneya mîkroskopa fluorescence ya proteîn û biyofilma bakterî li ser rûbera tazî û substrata LOIS.4 hefte piştî danînê, (C) wêneyek wênekêşî ya cîhê şkestinê û (D) wêneyek tîrêjê (ji hêla çargoşeyek sor ve hatî ronî kirin).Destûra wêneyê: Kyomin Chae, Zanîngeha Yonsei.
Kîroşkên sterilîzekirî, yên ku bi neyînî hatine çandin pêvajoyek normal ya başkirina hestî bêyî nîşanên iltîhaba an enfeksiyonê nîşan didin.Ji hêla din ve, implantên SHP-ê yên ku di suspensionek bakterî de pêş-inkubated bûne, iltîhaba enfeksiyonê ya li ser tevnên derdorê nîşan dide.Ev dikare ji neçariya wê ya ku ji bo demek dirêj ve girêdayîbûna bakteriyan asteng bike (Wêne S2) ve girêdayî ye.Ji bo ku were îspat kirin ku LOIS bandorê li pêvajoya saxbûnê nake, lê enfeksiyonên muhtemel ên ku bi implantasyonê ve girêdayî ne asteng dike, wêneyên rontgenê yên matrixa erênî ya vekirî û LOIS li cîhê şkestinê hatin berhev kirin (Wêne 1D).Wêneya rontgenê ya implantasyona erênî ya tazî xetên osteolysisê yên domdar nîşan da, ku nîşan dide ku hestî bi tevahî sax nebûye.Ev pêşniyar dike ku dibe ku pêvajoya vegerandina hestî ji ber iltîhaba-girêdayî enfeksiyonê pir dereng bimîne.Berevajî vê yekê, nîşan da ku kêvroşkên ku bi LOIS hatine çandin sax bûne û cihê şikestinek eşkere xuya nakin.
Ji bo pêşxistina implantên bijîjkî yên bi îstîqrar û fonksiyona demdirêj (di nav de berxwedana li hember biofouling), gelek hewldan hatine kirin.Lêbelê, hebûna cûrbecûr maddeyên biyolojîkî û dînamîkên girêdana tevnvîsê pêşveçûna rêbazên pêbawer ên klînîkî yên wan sînordar dike.Ji bo ku em van kêmasiyan derbas bikin, me avahiyek mîkro/nano qat û rûyek guhezbar a kîmyewî pêşxistiye, ku ji ber hêza kapîlar a bilind û pêwendiya kîmyewî xweşbîn e da ku lubrîcana herî xweş bi dereceya herî mezin bigire.Figure 2A pêvajoya hilberîna giştî ya LOIS nîşan dide.Pêşîn, substratek pola bijîjkî ya zengarnegir (SS) 304 amade bikin.Ya duyemîn, avahiya mîkro / nano li ser substrate SS-ê bi etching kîmyewî bi karanîna çareseriya hîdrofluorîk (HF) pêk tê.Ji bo vegerandina berxwedana korozyonê ya SS, çareseriyek asîdê nitric (HNO3) (31) tê bikar anîn da ku substrate etched bike.Pasîvasyon berxwedana korozyonê ya substrata SS zêde dike û bi girîngî pêvajoya korozyonê hêdî dike ku dibe ku performansa giştî ya LOIS kêm bike.Dûv re, bi avakirina yekrengek xwe-sazkirî (SAM) bi 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyltriethoxysilane (POTS), rûer bi kîmyewî tê guheztin da ku pêwendiya kîmyewî ya di navbera rûerdê û Affinity lubricantê de çêtir bike.Guhertina rûkalê bi girîngî enerjiya rûkalê rûbera çêkirî ya mîkro/nano-pîvana çêkirî kêm dike, ku bi enerjiya rûberê ya rûnê nermik re têkildar e.Ev dihêle ku lubricant bi tevahî şil bibe, bi vî rengî li ser rûyê rûnê rûnê domdar çêbike.Rûyê hatî guherandin hîdrofobîkbûna zêde nîşan dide.Encam destnîşan dikin ku lubrîcanê şêlû li ser LOIS ji ber pêwendiya kîmyewî ya bilind û hêza kapîlar a ku ji hêla avahiya mîkro / nano ve hatî çêkirin tevgerek domdar nîşan dide (32, 33).Guhertinên optîkî yên li ser rûyê SS-ê piştî guheztina rûkal û derzîlêdana lubricantê hatin lêkolîn kirin.Avahiya mîkro/nano ya qatkirî ya ku li ser rûyê erdê hatî çêkirin dikare bibe sedema guhertinên dîtbarî û rûxê tarî bike.Vê diyardeyê ji bandora zêdekirina belavbûna ronahiyê ya li ser rûxara zirav, ku refleksa belavbûyî ya ku ji hêla mekanîzmaya girtina ronahiyê ve hatî çêkirin zêde dike (34) ve girêdayî ye.Wekî din, piştî ku lubricant tê derzî kirin, LOIS tarîtir dibe.Tebeqeya rûnê dibe sedem ku kêmtir ronahiyek ji binê binê ronahiyê were xuyang kirin, bi vî rengî LOIS tarî dike.Ji bo ku mîkroavahiyê/nanostrukturê xweşbîn bike da ku goşeya rijandinê ya herî piçûk (SA) nîşan bide da ku performansa dijî-biofouling bi dest bixe, mîkroskopiya elektronîkî ya şopandinê (SEM) û cotên atomî hatin bikar anîn da ku demên cûda yên etching HF (0, 3) pêk bînin., 15 û 60 hûrdem) Mîkroskopa Hêzê (AFM) (Şikil 2B).Wêneyên SEM û AFM destnîşan dikin ku piştî demek kurt (3 hûrdeman xêzkirin), substratê tazî ziraviya nano-pîvana nehevseng çêkiriye.Zehmetiya rûxarê bi dema xêzkirinê re diguhere (Wêne S3).Rêjeya guherbar-dem nîşan dide ku ziravbûna rûberê her ku diçe zêde dibe û di 15 hûrdeman xêzkirinê de digihîje lûtkeyê, û dûv re tenê di 30 hûrdeman xêzkirinê de kêmbûnek piçûk di nirxa zirav de tê dîtin.Di vê nuqteyê de, ziraviya nano-asta ji holê radibe, dema ku ziraviya mîkro-asta bi hêz pêşve diçe, guheztina ziraviyê aramtir dike.Piştî ku ji zêdetirî 30 hûrdeman tê xêzkirin, zêdebûnek din a ziraviyê tê dîtin, ku bi hûrgulî wiha tê ravekirin: SS ji pola pêk tê, bi hêmanên di nav de hesin, krom, nîkel, molîbden û gelek hêmanên din ve girêdayî ye.Di nav van hêmanan de, hesin, krom û molîbden di avakirina qelewbûna mîkron/nano-pîvana li ser SS-ê ji hêla HF-ê de rolek girîng dileyzin.Di qonaxên destpêkê yên korozyonê de, hesin û krom bi giranî têne qelandin ji ber ku molîbden ji molîbdenum xwedan berxwedana korozyonê bilindtir e.Her ku etching pêşve diçe, çareseriya etching digihîje zêde têrbûna herêmî, florîd û oksîdên ku ji hêla etching ve têne çêkirin pêk tê.Florîd û oksît dadikevin û di dawiyê de ji nû ve li ser rûwê rûdinê, di nav rêza mîkron/nano de ziraviyek rûvî çêdikin (31).Ev hişkiya mîkro/nano-asta di taybetmendiyên xwe-başkirina LOIS de rolek girîng dilîze.Rûyê pîvana dualî bandorek hevrêzî çêdike, hêza kapilarê pir zêde dike.Ev diyarde dihêle ku lubricant bi îstîqrar têkeve rûberê û beşdarî taybetmendiyên xwe-başkirinê dibe (35).Çêbûna ziraviyê bi dema etchkirinê ve girêdayî ye.Di binê 10 hûrdeman de, rûber tenê ziravbûna nano-pîvana dihewîne, ku têrê nake ku têra rûnê rûnê ku xwedan berxwedana biyofouling hebe (36).Ji hêla din ve, heke dema xêzkirinê ji 30 hûrdem derbas bibe, nano-pîvana ku ji nûvekirina hesin û kromê pêk tê, dê winda bibe, û tenê ziraviya mîkro-pîvana dê ji ber molîbdenum bimîne.Rûyê zêde-xurkirî kêmasiya nano-pîvana nano-kêmasî ye û bandora hevrêzî ya du-qonaxa hişkiyê winda dike, ku bandorek neyînî li taybetmendiyên xwe-paqijkirina LOIS dike.Pîvandinên SA-ê li ser substratên bi demên cuda yên etchkirinê hatine kirin da ku performansa dijî-pîsbûnê îspat bikin.Li ser bingeha vîskozîtî û enerjiya rûkalê cûrbecûr şilavan hatin hilbijartin, di nav de ava deionîzekirî (DI), xwîn, ethylene glycol (EG), etanol (EtOH) û hexadecane (HD) (Wêne S4).Nimûneya guheztina dem-guhertî nîşan dide ku ji bo şikilên cihêreng ên bi enerjî û vîskozîteyên rûber ên cihêreng, SA ya LOIS piştî 15 hûrdeman xêzkirinê herî kêm e.Ji ber vê yekê, LOIS ji bo 15 hûrdeman xweşbîn e da ku ziraviya mîkrok û nano-pîvanî çêbike, ku ji bo bi bandor domandina domdariya rûnê û taybetmendiyên dij-pîstî yên hêja maqûl e.
(A) Diyagrama şematîkî ya pêvajoya hilberîna çar-gavekî ya LOIS.Pêvek SAM-a ku li ser substratê hatî çêkirin nîşan dide.(B) Wêneyên SEM û AFM, ku ji bo xweşbînkirina avahiya mîkro/nano ya substratê di bin demên cûda yên guheztinê de têne bikar anîn.Spectroscopy photoelektronên tîrêjê yên X-tîrêjê (XPS) spektrayên (C) Cr2p û (D) F1s piştî pasîvkirina rûxarê û pêxistina SAM.au, yekîneya keyfî.(E) Wêneyên temsîlî yên dilopên avê yên li ser binesazên tazî, xêzkirî, SHP û LOIS.(F) Pîvandina goşeya pêwendiyê (CA) û SA ya şilavên bi tansiyonên rûyê cihê yên li ser SHP û LOIS.Daneyên wekî navîn ± SD têne diyar kirin.
Dûv re, ji bo ku guheztina taybetmendiyên kîmyewî yên rûkalê were pejirandin, spektroskopiya fotoelektronê ya tîrêjê ya X (XPS) hate bikar anîn da ku guheztina pêkhateya kîmyewî ya rûbera substratê piştî her xêzkirina rûkê lêkolîn bike.Wêneyê 2C encamên pîvandina XPS-ê ya rûxara HF-ê û rûbera dermankirî ya HNO 3 nîşan dide.Du lûtkeyên sereke yên li 587.3 û 577.7 eV dikarin ji girêdana Cr-O ya ku di qata oksîda kromê de heye, ku cûdahiya sereke ji rûbera xêzkirî ya HF-ê heye ve were veqetandin.Ev bi giranî ji ber vexwarina hesin û florîdê kromê ya li ser rûyê ji hêla HNO3 ve ye.Etching-based HNO3 dihêle ku kromê li ser rûxê tebeqeyek oksîtê ya pasîv çêbike, ku ev yek SS-ya xêzkirî dîsa li hember korozyonê berxwedêr dike.Di Figure 2D de, spektrên XPS hatin wergirtin da ku piştrast bikin ku silane-based fluorocarbon-ê li ser rûxê piştî pêlava SAM-ê hatî çêkirin, ku ji bo EG, xwîn û EtOH-ê jî xwedan şilbûna pir bilind e.Pûçek SAM bi reaksiyonên komên fonksiyonê yên silane bi komên hîdroksîl ên ku ji hêla dermankirina plazmayê ve têne çêkirin ve tête temam kirin.Wekî encamek, zêdebûnek girîng di lûtkeyên CF2 û CF3 de hate dîtin.Enerjiya girêdanê ya di navbera 286 û 296 eV de destnîşan dike ku guhartina kîmyewî ji hêla pêlava SAM ve bi serfirazî qediyaye.SHP lûtkeyên CF2 (290.1 ​​eV) û CF3 (293.3 eV) nisbeten mezin nîşan dide, ku ji hêla silaneya fluorocarbon-a ku li ser rûyê erdê hatî çêkirin ve têne çêkirin.Figure 2E wêneyên optîkî yên temsîlî yên pîvandina goşeya têkiliyê (CA) ji bo komên cihêreng ên ava deionîzekirî yên di têkiliya bi tazî, etched, SHP, û LOIS de nîşan dide.Van wêneyan nîşan didin ku rûbera xêzkirî ji ber avahiya mîkro/nano ya ku ji hêla etchinga kîmyewî ve hatî çêkirin hîdrofîl dibe û ji ber vê yekê ava deionîzekirî di nav strukturê de tê kişandin.Lêbelê, dema ku substrate bi SAM-ê tê pêçandin, substrat xweragiriya avê ya bihêz nîşan dide, ji ber vê yekê SHP-yek rûkal çêdibe û qada pêwendiya di navbera av û rûxê de piçûk e.Di dawiyê de, kêmbûnek di CA-ê de di LOIS de hate dîtin, ku dikare bi ketina lubricantê di mîkrostrukturê de were veqetandin, bi vî rengî qada têkiliyê zêde dike.Ji bo ku were îspat kirin ku rûber xwedan xwedan şikil û taybetmendiyên ne-zeliqandî ye, LOIS bi pîvandina CA û SA re bi karanîna şilavên cihêreng re bi substrata SHP re hate berhev kirin (Wêne 2F).Cûreyên cûrbecûr şilavan li ser bingeha vîskozîtî û enerjiya rûkalê hatin hilbijartin, di nav de ava deionîzekirî, xwîn, EG, EtOH û HD (Wêne S4).Encamên pîvandina CA destnîşan dikin ku dema CA ber bi HD ve diçe, nirxa kêmkirina CA, ku CA xwedan enerjiya rûkala herî kêm e.Wekî din, LOIS ya CA-ya giştî kêm e.Lêbelê, pîvana SA fenomenek bi tevahî cûda nîşan dide.Ji xeynî ava îyonîzekirî, hemî şilek bêyî ku jê biherikin bi substrata SHP-ê ve girêdayî ne.Ji hêla din ve, LOIS SA-yek pir nizm nîşan dide, ku dema ku hemî şilav li goşeyek ji 10 ° ber 15 ° kêmtir tê rijandin, dê hemî şil biqelişe.Ev bi tundî nîşan dide ku ne-adhezîbûna LOIS ji ya rûyê SHP çêtir e.Digel vê yekê, pêlavên LOIS li ser cûrbecûr materyalan jî têne sepandin, di nav de titanium (Ti), polyphenylsulfone (PPSU), polyoxymethylene (POM), polether ether ketone (PEEK) û polîmerên bioabsorbable (PLGA), Ew materyalên ortopedîk ên vegirtî ne (Wêne S5)).Wêneyên lihevhatî yên dilopên li ser maddeya ku ji hêla LOIS ve hatî derman kirin destnîşan dikin ku taybetmendiyên dijî-biofouling ên LOIS li ser hemî substratan yek in.Wekî din, encamên pîvandinê yên CA û SA destnîşan dikin ku taybetmendiyên ne-adhesive yên LOIS dikarin li ser materyalên din werin sepandin.
Ji bo piştrastkirina taybetmendiyên dijî-pîsbûnê yên LOIS, celebên cûrbecûr substrate (di nav de tazî, xêzkirî, SHP û LOIS) bi Pseudomonas aeruginosa û MRSA hatin inkubasyon kirin.Ev her du bakterî wekî bakteriyên nexweşxaneyê yên nûner hatine hilbijartin, ku dikare bibe sedema çêbûna biyofilm, ku bibe sedema SSI (37).Xiflteya 3 (A û B) wêneyên mîkroskopa floransê û encamên pîvandina yekîneya damezrandina koloniyê (CFU) yên substratên ku di suspensiona bakteriyan de ji bo demek kurt (12 demjimêr) û demdirêj (72 demjimêr) hatine inkub kirin nîşan dide.Di demek kin de, bakterî dê koman çêkin û mezin bibin, xwe bi maddeyên mîna mûçikê veşêrin û pêşî li rakirina wan bigirin.Lêbelê, di dema inkubasyona 72-saetê de, bakterî dê mezin bibin û bi hêsanî belav bibin da ku bêtir kolonî an koman ava bikin.Ji ber vê yekê, meriv dikare were hesibandin ku înkubasyona 72-saetê demdirêj e û dema inkubasyonê ya guncan e ku li ser rûxê biyofilmek xurt çêbike (38).Di demek kin de, rûbera xêzkirî û rûbera SHP adhezîyona bakterî nîşan da, ku li gorî substratê tazî bi qasî 25% heya 50% kêm bû.Lêbelê, ji ber performansa antî-biofouling û aramiya wê ya hêja, LOIS di demek kurt û dirêj de pêgirtina biyofilma bakterî nîşan neda.Diagrama şematîkî (Wêne 3C) ravekirina mekanîzmaya pîskirina antî-biyolojîkî ya çareseriya eftkirinê, SHP û LOIS vedibêje.Texmîn ev e ku substrata xêzkirî ya bi taybetmendiyên hîdrofîlîk dê xwedan rûberek ji substrata tazî mezintir be.Ji ber vê yekê, li ser substratê etched adheziyonek bakterî bêtir çêdibe.Lêbelê, li gorî substratê tazî, substrata xêzkirî bi girîngî kêmtir biyofilmek li ser rûxê pêk tê.Ev e ji ber ku molekulên avê bi zexm bi rûxara hîdrofîlî ve girêdidin û ji bo avê wekî rûnkerê avê tevdigerin, bi vî rengî di demek kurt de destwerdana bakteriyan dike (39).Lêbelê, tebeqeya molekulên avê pir zirav e û di suspensionên bakteriyan de tê çareser kirin.Ji ber vê yekê, tebeqeya molekulê ya avê ji bo demek dirêj winda dibe, ku dibe sedema girêdan û belavbûna bakterî ya berfireh.Ji bo SHP-ê, ji ber taybetmendiyên wê yên ne-şil ên demkurt, adhesiona bakterî tê asteng kirin.Kêmbûna girêdana bakterî dikare ji berikên hewayê yên ku di strukturên qatkirî û enerjiya rûkala jêrîn de hatine girtin ve were veqetandin, bi vî rengî têkiliya di navbera suspension bakterî û rûxê de kêm dike.Lêbelê, adhezîyona bakterî ya berfireh di SHP de hate dîtin ji ber ku wê ji bo demek dirêj ve taybetmendiyên xwe yên dijî-pîvan winda kir.Ev bi giranî ji ber windabûna kelûpelên hewayê ji ber zexta hîdrostatîk û belavbûna hewayê di avê de ye.Ev bi giranî ji ber windabûna kelûpelên hewayê ji ber hilweşandinê û avahiyek qatkirî ye ku ji bo adhesionê rûberek mezin peyda dike (27, 40).Berevajî van her du substratan ku bandorek girîng li ser aramiya demdirêj dikin, rûnê rûnê ku di LOIS de tê de tê derzî kirin di avahiya mîkro/nano de û di demek dirêj de jî winda nabe.Lubrîkanên ku bi strukturên mîkro/nano dagirtî ne pir bi îstîqrar in û ji ber girêdana xweya kîmyewî ya bilind bi zexmî ber bi rûxê ve têne kişandin, bi vî rengî pêşî li girêdana bakteriyan ji bo demek dirêj digire.Wêneya S6 wêneyek mîkroskopa konfokal a refleksê ya substratek bi lûbrîkantê vegirtî ya ku di salona tampon a fosfatê (PBS) de hatî nixumandin nîşan dide.Wêneyên domdar destnîşan dikin ku tewra piştî 120 demjimêran ji hejandina sivik (120 rpm) jî, tebeqeya rûnê ya li ser LOIS neguherî dimîne, ku di bin şert û mercên herikînê de aramiya demdirêj nîşan dide.Ev ji ber pêwendiya kîmyewî ya bilind a di navbera pêlava SAM-a-based fluorine û lubricantê-based perfluorocarbon-ê de ye, ji ber vê yekê qatek rûnî ya domdar dikare were çêkirin.Ji ber vê yekê, performansa dijî-pîsbûnê tê domandin.Wekî din, substrat li dijî proteînên nûner (albumîn û fîbrînogen), ku di plazmayê de ne, şaneyên ku ji nêz ve bi fonksiyona parastinê ve girêdayî ne (makrofage û fibroblast) û yên ku bi avakirina hestî ve girêdayî ne, hate ceribandin.Naveroka kalsiyûmê pir zêde ye.(Wêne 3D, 1 û 2, û Figure S7) (41, 42).Wekî din, wêneyên mîkroskopa floransê yên ceribandina adhesionê ji bo fibrinogen, albumin û kalsiyûmê taybetmendiyên adhesionê yên cihêreng ên her koma substratê nîşan dan (Wêne S8).Di dema damezrandina hestî de, dibe ku tebeqeyên hestî û kalsiyûmê yên ku nû hatine çêkirin dora implanta ortopedîk dorpêç bikin, ku ne tenê rakirinê dijwar dike, lê di heman demê de dibe ku di pêvajoya rakirinê de zirarek neçaverê jî bide nexweş.Ji ber vê yekê, astên nizm ên depoyên kalsiyûmê yên li ser lewh û pêçanên hestî ji bo emeliyata ortopedîkî ya ku jêbirina implantê hewce dike sûdmend e.Li ser bingeha pîvandina qada pêvekirî ya li ser bingeha tundiya fluorescence û hejmara hucreyê, me piştrast kir ku LOIS ji bo hemî maddeyên biyolojîkî li gorî substratên din taybetmendiyên dij-biyolojîk ên hêja nîşan dide.Li gorî encamên azmûnên in vitro, LOIS-a gemarê antî-biyolojîkî dikare li implantên ortopedîk were sepandin, ku ne tenê dikare enfeksiyonên ku ji hêla bakteriya biofilmê ve têne çêkirin asteng bike, lê di heman demê de iltîhaba ku ji hêla pergala berevaniya çalak a laş ve hatî çêkirin jî kêm bike.
(A) Wêneyên mîkroskopa floransansê yên her komê (tazî, xêzkirî, SHP û LOIS) di suspensionên Pseudomonas aeruginosa û MRSA de ji bo 12 û 72 saetan inkubated.(B) Hejmara CFU-ya pêgirtî ya Pseudomonas aeruginosa û MRSA li ser rûyê her komê.(C) Diyagrama şematîkî ya mekanîzmaya qirêjiya antî-biyolojîkî ya kurt-kurt û demdirêj, SHP û LOIS.(D) (1) Hejmara fîbroblastên ku bi her substratê ve girêdayî ne û mîkroskopa fluoresansê ya şaneyên ku bi tazî û LOIS ve girêdayî ne.(2) Testa adhezyonê ya proteînên têkildar ên berevaniyê, albumîn û kalsiyûmê ku di pêvajoya saxbûna hestî de beşdar dibin (* P <0,05, ** P <0,01, *** P <0,001 û **** P <0,0001).ns, ne girîng e.
Di rewşa tansiyonên konsantrekirî yên neçar de, domdariya mekanîkî her dem ji bo serîlêdana pêlên antîfûlkirinê pirsgirêka sereke ye.Rêbazên gêlê yên dijî-kanalîzasyonê yên kevneşopî li ser polîmerên xwedan helbûna avê û şikestî kêm in.Ji ber vê yekê, ew bi gelemperî di serîlêdanên biyomedîkî de ji stresa mekanîkî re têkildar in.Ji ber vê yekê, pêlavên antîfouling ên mekanîzmayî ji bo serîlêdanên wekî implantên ortopedîk pirsgirêkek dimîne (43, 44).Figure 4A(1) du celebên stresê yên sereke yên ku li ser implantên ortopedîk têne sepandin, nîşan dide, di nav de xêzkirin (stress şûştin) û çewisandina bi wêneya optîkî ya implanteke zirardar a ku ji hêla darê ve hatî hilberandin.Mînakî, dema ku pîvaz bi pîvazekê were hişk kirin, an jî dema ku cerrah plakaya hestî bi tîrêjê zexm digire û hêza zextê bi kar tîne, dê plakaya hestiyê plastîk hem li ser pîvanên makro û hem jî mîkro/nano xera bibe (Wêne 4A, 2) .Ji bo ku were ceribandin ka LOIS-a çêkirî dikare van ziraran di dema emeliyata plastîk de berxwe bide, nanoindentation hate kirin da ku hişkiya substratê tazî û LOIS-ê li ser pîvana mîkro/nano bidin ber hev da ku taybetmendiyên mekanîkî yên avahiya mîkro/nano Bandora lêkolînê bike (Wêne 4B).Diagrama şematîkî ji ber hebûna strukturên mîkro / nano tevgerên deformasyonê yên cihêreng ên LOIS nîşan dide.Li ser bingeha encamên nanoindentation (Wêne 4C) kelekek hêz-jicîhûwarkirinê hate kişandin.Wêneya şîn substratê tazî temsîl dike, ku tenê deformasyonek sivik nîşan dide, wekî ku ji hêla kûrahiya herî zêde ya 0,26-μm ve tê dîtin.Ji hêla din ve, zêdebûna gav bi gav di hêza nanoindentation û jicîhûwarkirinê de ku di LOIS (kurba sor) de tê dîtin, dibe ku nîşanên kêmbûna taybetmendiyên mekanîkî nîşan bide, ku di encamê de kûrahiya nanoindentation 1,61μm çêdibe.Ev e ji ber ku avahiya mîkro/nano ya ku di LOIS de heye cîhek pêşkeftinek kûrtir ji bo serê nanoindenter peyda dike, ji ber vê yekê deformasyona wê ji ya substratê tazî mezintir e.Konsta-Gdoutos et al.(45) bawer dike ku ji ber hebûna nanostrukturan, nanoindentasyon û hişkiya mîkro/nano rê li ber kelûpelên nanoindentasyonê yên nerêkûpêk vedike.Devera şidandî bi kêşeya deformasyonê ya nerêkûpêk re ku ji nanostrukturê re tê veqetandin re têkildar e, dema ku devera neşilandî ji mîkrosaziyê re tê veqetandin.Dibe ku ev deformasyon zirarê bide mîkrostruktura/nanostruktura rûnê hilgirtinê û bandorek neyînî li performansa wê ya dijî-pîsbûnê bike.Ji bo lêkolîna bandora zirarê ya li ser LOIS, zirara neçar a strukturên mîkro / nano di laş de di dema emeliyata plastîk de hate dubare kirin.Bi karanîna testên girêdana xwînê û proteînê, îstîqrara taybetmendiyên dijî-biofouling ên LOIS piştî in vitro dikare were destnîşankirin (Wêne 4D).Rêzek wêneyên optîkî zirara ku li nêzê kunên her substratê qewimî nîşan dide.Testek girêdana xwînê hate kirin da ku bandora zirara mekanîkî ya li ser pêlava dijî-biofouling nîşan bide (Wêne 4E).Mîna SHP-ê, taybetmendiyên dijî-pîsbûnê ji ber zirarê winda dibin, û LOIS bi rijandina xwînê ve taybetmendiyên dij-pîstî yên hêja destnîşan dike.Ji ber vê yekê ye, ji ber ku enerjiya rûkalê ji hêla çalakiya kapilarî ya ku devera zirarê vedihewîne ve tê rêve kirin, herikîna di rûnê rûnê mîkrosazkirî de taybetmendiyên dijî-pîsbûnê vedigire (35).Heman meyl di testa adhesiona proteînê de bi karanîna albûmînê de hate dîtin.Li devera zirarê, adhesiona proteînê li ser rûyê SHP-ê bi berfirehî tête dîtin, û bi pîvandina vegirtina qada wê, ew dikare wekî nîvê asta adhesionê ya substratê tazî were hesibandin.Ji hêla din ve, LOIS bêyî ku bibe sedema adhesionê taybetmendiyên xwe yên dijî-biofouling parast (Wêne 4, F û G).Digel vê yekê, rûbera pêlê bi gelemperî di bin stresa mekanîkî ya bihêz de ye, wek sondajê, ji ber vê yekê me kapasîteya pêlava LOIS lêkolîn kir ku di vitro de li ser pêçê sax bimîne.Figure 4H wêneyên optîkî yên pêlên cihêreng, di nav de tazî, SHP û LOIS, nîşan dide.Çargoşeya sor qada armancê nîşan dide ku stresa mekanîkî ya bihêz di dema danîna hestî de pêk tê.Mîna ceribandina girêdana proteînê ya plakê, mîkroskopek fluorescence tê bikar anîn da ku dîmena girêdana proteînê û pîvandina qada vegirtinê ji bo îsbatkirina yekrêziya pêlava LOIS, tewra di bin stresa mekanîkî ya bihêz de jî tê bikar anîn (Wêne 4, I û J).Pişkên ku bi LOIS-ê têne derman kirin performansa dij-pîsbûnê ya hêja nîşan didin, û hema hema ti proteîn li ser rûyê erdê nagire.Ji hêla din ve, girêdana proteînê di pêlên tazî û pêlên SHP-ê de hate dîtin, ku nixumandina deverê ya pêlên SHP yek sêyek ji ya pêlên tazî bû.Wekî din, implanta ortopedîk a ku ji bo rastkirinê tê bikar anîn divê ji hêla mekanîkî ve bihêz be ku li hember stresa ku li cîhê şkestinê tê sepandin, bisekinin, wekî ku di Figure 4K de tê xuyang kirin.Ji ber vê yekê, ceribandinek bendkirinê hate kirin da ku bandora guhartina kîmyewî li ser taybetmendiyên mekanîkî diyar bike.Wekî din, ev ji bo domandina stresa sabît a ji implantê tête kirin.Hêza mekanîkî ya vertîkal bikar bînin heya ku implant bi tevahî were çikandin û kelekek stres-çend were bidestxistin (Wêne 4L, 1).Du taybetmendî, di nav de modula Young û hêza ziravî, di navbera substratên tazî û LOIS de wekî nîşana hêza wan a mekanîkî hate berhev kirin (Wêne 4L, 2 û 3).Modula Young şiyana materyalek ku li hember guherînên mekanîkî radiweste destnîşan dike.Modula Young ya her substratê bi rêzê 41,48±1,01 û 40,06±0,96 GPa ye;cudahiya dîtbarî nêzîkî 3,4%.Digel vê yekê, tê ragihandin ku hêza guheztinê, ku hişkiya materyalê diyar dike, ji bo substratê tazî 102,34±1,51 GPa û ji bo SHP 96,99±0,86 GPa ye.Substratê tazî bi qasî 5,3% bilindtir e.Kêmbûna hûrgelê di taybetmendiyên mekanîkî de dibe ku ji ber bandora nişkê ve bibe.Di bandora notchê de, hişkiya mîkro/nano dibe ku wekî komek xêzan tevbigere, ku bibe sedema giraniya stresê ya herêmî û bandorê li taybetmendiyên mekanîkî yên implantê bike (46).Lêbelê, li ser bingeha vê rastiyê ku hişkiya hestiyê kortikala mirovî di navbera 7.4 û 31.6 GPa de tê ragihandin, û modula LOIS-ê ya pîvandî ji ya hestiyê kortikalê mirovî (47) zêdetir e, LOIS bes e ku piştgirî bide şkestinê û tevaya wê. taybetmendiyên mekanîkî yên herî kêm ji hêla guherandina rûyê erdê ve têne bandor kirin.
(A) Diyagrama şematîkî ya (1) stresa mekanîkî ya ku di dema emeliyatê de li implanta ortopedîk tê sepandin, û (2) wêneya optîkî ya implanta ortopedîk a xerabûyî.(B) Diyagrama şematîkî ya pîvandina taybetmendiyên nano-mekanîkî bi nanoindentation û LOIS li ser rûyê tazî.(C) Nanoindentation kêşa hêz-jicîhûwarkirina rûyê tazî û LOIS.(D) Piştî ceribandinên in vitro, wêneyên optîkî yên cûrbecûr lewheyên ortopedîk (devera zirardar bi çargoşeyek sor tê ronî kirin) simul bikin da ku stresa mekanîkî ya ku di dema operasyonê de çêdibe simule bikin.(E) Testa girêdana xwînê û (F) testa girêdana proteînê ya koma plakaya ortopedîk a zirardar.(G) Nêrîna devera proteîna ku bi plakê ve girêdayî ye bipîve.(H) Wêneyên optîkî yên cûreyên cûrbecûr yên pişikên ortopedîkî piştî ceribandina in vitro.(I) Testa adhesionê ya proteînê ji bo lêkolîna yekbûna pêlên cihêreng.(J) Pîvana herêmê ya proteîna ku bi kulmê ve girêdayî ye bipîve.(K) Mebesta tevgera kevroşkê ew e ku stresek sabît li ser hestiyê şikestî çêbike.(L) (1) Encamên testê û wêneyên optîkî yên berî û piştî qulandinê biqedînin.Cûdahiya di (2) modula Young û (3) hêza bendkirinê de di navbera implanta tazî û SHP de.Daneyên wekî navînî ± SD (*P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001 û ****P<0.0001) têne diyar kirin.Destûra wêneyê: Kyomin Chae, Zanîngeha Yonsei.
Di rewşên klînîkî de, piraniya têkiliya bakteriyan bi materyalên biyolojîkî û deverên birînê re ji biyofilmên gihîştî, gihîştî tê (48).Ji ber vê yekê, Navenda Kontrolkirin û Pêşîlêgirtina Nexweşan a Dewletên Yekbûyî texmîn dike ku 65% ji hemî enfeksiyonên mirovî bi biyofîlmê ve girêdayî ne (49).Di vê rewşê de, pêdivî ye ku meriv sêwiranek ceribandinê ya in vivo peyda bike ku li ser rûyê implantê avakirina biyofilmek domdar peyda dike.Ji ber vê yekê, me modelek şikestina femoralê ya kevroşkê pêş xist ku tê de implantên ortopedîk di nav suspensionek bakterî de pêş-inkubated bûn û dûv re di femûrên keroşkê de hatin çandin da ku taybetmendiyên dijî-pîsbûnê yên LOIS di vivo de lêkolîn bikin.Ji ber van sê rastiyên girîng ên jêrîn, enfeksiyonên bakterî ji hêla pêş-çandî ve ne ji derzîlêdana rasterast a suspensionên bakteriyan têne çêkirin: (i) Sîstema parastinê ya kewaran bi xwezayî ji ya mirovan bihêztir e;Ji ber vê yekê, derzîlêdana suspensionên bakterî û bakteriyên planktonîk mimkun e. Ew ti bandorek li ser çêbûna biyofilman nake.(Ii) Bakteriyên planktonîk ji antîbiyotîkan re meyzetir in, û antîbiyotîk bi gelemperî piştî neştergeriyê têne bikar anîn;di dawiyê de, (iii) suspension bakteriya planktonîk dibe ku ji hêla şilavên laşê heywanan ve were rijandin (50).Bi pêş-çandkirina implantê di suspensionek bakterî de berî implantasyonê, em dikarin bi hûrgulî bandorên zirardar ên enfeksiyona bakterî û reaksiyona laşê biyanî (FBR) li ser pêvajoya başkirina hestî lêkolîn bikin.Kîroşk 4 hefte piştî danînê hatin qurbankirin, ji ber ku osseoentegrasyona ku ji bo pêvajoya başbûna hestî girîng e dê di nav 4 hefteyan de biqede.Dûv re, împlant ji bo lêkolînên jêrîn ji kevroşkan hatin rakirin.Figure 5A mekanîzmaya belavbûna bakteriyan nîşan dide.Implanta ortopedîk a enfeksiyonê di laş de tê danîn.Di encama pêş-inkubasyonê de di suspensiona bakterî de, şeş ji şeş kêvroşkên ku bi implantên tazî hatine vegirtin, vegirtî bûn, di heman demê de yek ji kêvroşkên ku bi implantên bi LOIS-ê hatine çandin vegirtin nebû.Enfeksiyonên bakterî di sê gavan de pêşve diçin, di nav de mezinbûn, mezinbûn û belavbûn (51).Pêşî, bakteriyên pêvekirî li ser rûyê erdê çêdibin û mezin dibin, û dûv re jî bakterî biyofilmek çêdikin dema ku ew polîmera derveyî hucreyî (EPS), amyloid û DNAya derveyî hucreyê derdixin.Biofilm ne tenê di ketina antîbiyotîkan de asteng dike, lê di heman demê de berhevkirina enzîmên ku antîbiyotîk-xerabker (wek β-lactamase) pêşve dike (52).Di dawiyê de, biofilm bakteriyên gihîştî li tevnên derdorê belav dike.Ji ber vê yekê, enfeksiyonê çêdibe.Wekî din, dema ku laşek biyanî dikeve laş, enfeksiyonek ku dikare bibe sedema bersivek parastinê ya bihêz dikare bibe sedema iltîhaba giran, êş û berevaniyê kêm bibe.Figure 5B li şûna ku berteka berevaniyê ya ku ji hêla enfeksiyonek bakterî ve hatî çêkirin, nihêrînek li ser FBR-ya ku ji hêla ketina implantek ortopedîk ve hatî çêkirin peyda dike.Pergala xweparastinê implanta têxe wekî laşek biyanî nas dike, û dûv re dibe sedem ku hucre û tevn reaksiyonê bikin da ku laşê biyanî dorpêç bikin (53).Di rojên destpêkê yên FBR de, matrixek peydakirinê li ser rûyê implantên ortopedîk hate çêkirin, ku di encamê de adsorption fibrinogen bû.Dûv re fîbrînojena ku tê şûştin, tora fîbrînê ya pir zirav çêdike, ku girêdana leukosîtan pêşve dike (54).Dema ku tora fîbrînê çêbibe, dê ji ber ketina neutrofîlan iltîhaba tûj çêbibe.Di vê gavê de, cûrbecûr cytokines wekî faktora nekroza tumor-α (TNF-α), interleukin-4 (IL-4) û IL-β têne berdan, û monocytes dest pê dikin ku li cîhê implantasyonê dikevin û di nav şaneyên giant de cûda dibin.Phage (41, 55, 56).Kêmkirina FBR her gav dijwariyek bû ji ber ku zêde FBR dikare bibe sedema iltîhaba akût û kronîk, ku dikare bibe sedema tevliheviyên kujer.Ji bo nirxandina bandora enfeksiyonên bakterî yên di tevnên li dora implant û LOIS-ê de, hematoxylin û eosin (H&E) û Masson trichrom (MT) rengdêr hatin bikar anîn.Ji bo kêvroşkên ku bi substratên tazî hatine çandin, enfeksiyonên bakterî yên giran pêş ketin, û slaytên tevna H&E bi zelalî abscess û nekroza ku ji ber iltîhaba derketiye nîşan didin.Ji aliyek din ve, rûbera dij-biyolojîk a zehf xurt LOIS adhesyona bakteriyan asteng dike, ji ber vê yekê ew nîşanên enfeksiyonê nade û iltîhaba kêm dike (Wêne 5C).Encamên rengkirina MT heman meylê nîşan da.Lêbelê, rengkirina MT-ê di kevroşkên ku bi LOIS ve hatine çandin edema jî nîşan da, ku destnîşan dike ku başbûn nêzîk e (Wêne 5D).Ji bo lêkolîna asta bersiva berevaniyê, rengkirina immunohistochemical (IHC) bi karanîna cytokines TNF-α û IL-6-ê yên ku bi bersiva berevaniyê ve girêdayî ne, hate kirin.Implanteke neyînî ya tazî ya ku ji bakteriyan re nedihat dîtin, bi LOIS-a ku ji bakteriyan re rûbirû bû lê ne vegirtî bû hate berhev kirin da ku di nebûna enfeksiyona bakterî de pêvajoya saxbûnê bixwîne.Wêneya 5E wêneyek optîkî ya slaydek IHC nîşan dide ku TNF-α îfade dike.Qada qehweyî berteka xweparastinê temsîl dike, destnîşan dike ku berteka xweparastinê di LOIS de hinekî kêm dibe.Wekî din, vegotina IL-6 di LOIS de ji vegotina neyînî ya tazî ya sterîl bi girîngî kêmtir bû (Wêne 5F).Vebêja sîtokinê bi pîvandina qada rengdêra antîpodê ya ku bi cytokine re têkildar e hate pîvandin (Wêne 5G).Li gorî kêvroşkên ku li ber implantên neyînî derketine, astên derbirînê yên kêvroşkên ku bi LOIS hatine çandin kêmtir bûne, ku cûdahiyek watedar nîşan dide.Kêmbûna îfadeya sîtokinê destnîşan dike ku taybetmendiyên dirêj-dirêj û domdar ên LOIS ne tenê bi astengkirina enfeksiyonên bakterî re têkildar e, lê di heman demê de bi kêmbûna FBR re jî têkildar e, ku ji hêla makrofajên ku bi substratê ve girêdayî ne (53, 57, 58).Ji ber vê yekê, kêmbûna berteka xweparastinê ya ji ber taybetmendiyên LOIS-ê reva berevaniyê dibe ku bandorên alîgir ên piştî implantasyonê çareser bike, wek mînak berteka zêde ya berevaniyê piştî emeliyata plastîk.
(A) Diagramek şematîkî ya mekanîzmaya damezrandina biyofilmê û belavbûna li ser rûyê implanteyek ortopedîkî ya vegirtî.eDNA, ADNya derxaneyî.(B) Diyagrama şematîkî ya bersivdana berevaniyê piştî têxistina implanta ortopedîk.(C) Rengkirina H&E û (D) rengkirina MT ya tevnên derdorê yên implantên ortopedîk ên bi erênî û LOIS.IHC ya cytokines (E) TNF-α û (F) IL-6-ê yên girêdayî parastinê, wêneyên rengkirî yên kevroşkên tazî-neyînî û LOIS-ê hatine çandin in.(G) Pîvana vegotina sîtokinê ji hêla pîvana vegirtina deverê ve (** P <0.01).
Biyolojiya LOIS û bandora wê ya li ser pêvajoya başkirina hestî di vivo de bi karanîna wêneya tespîtê [x-ray û tomografya mîkro-kompîtur (CT)] û osteoclast IHC hate lêkolîn kirin.Figure 6A pêvajoya saxbûna hestî ya ku sê qonaxên cihêreng vedihewîne nîşan dide: iltîhaba, tamîrkirin, û nûvekirin.Dema ku şikestinek çêbibe, hucreyên înflamatuar û fibroblast dê bikevin nav hestiyê şikestî û dest bi mezinbûna nav tevna damaran bikin.Di qonaxa tamîrkirinê de, mezinbûna tevna damaran li nêzî cihê şikestinê belav dibe.Tîma damarî ji bo avakirina hestiyê nû, ku jê re kalus tê gotin, xurek peyda dike.Qonaxa dawîn a pêvajoya saxkirina hestî, qonaxa nûvekirinê ye, ku tê de mezinahiya kalûsê bi alîkariya zêdebûna asta osteoklastên aktîfkirî digihîje mezinahiya hestiyê normal (59).Ji nû veavakirina sê-alî (3D) ya cîhê şikestinê bi karanîna mîkro-CT-ê ve hate kirin da ku cûdahiyên di asta damezrandina kalusê de di her komê de were dîtin.Çavdêriya xaça femurê bikin da ku qalindahiya kaloyê li dora hestiyê şikestî temaşe bikin (Wêne 6, B û C).Di heman demê de tîrêjên X-ê jî ji bo vekolîna deverên şkestinê yên hemî koman her hefte hate bikar anîn da ku pêvajoyên cûda yên nûjenkirina hestî di her komê de temaşe bikin (Wêne S9).Hestiyên kalo û gihîştî bi rêzê bi şîn / kesk û fîl têne xuyang kirin.Piraniya tevnên nerm bi bendek pêşwext têne fîlter kirin.Tazî pozîtîf û SHP çêbûna mîqdarek piçûk a kalosê li dora cihê şikestinê piştrast kir.Ji hêla din ve, negatîfiya eşkere ya LOIS û cîhê şkestinê bi kalûsên stûr ve têne dorpêç kirin.Wêneyên mîkro-CT destnîşan kirin ku avakirina kalusê ji hêla enfeksiyona bakterî û iltîhaba-girêdayî enfeksiyonê ve hatî asteng kirin.Ev e ji ber ku pergala berevaniyê pêşî li başkirina birînên septîk ên ku ji ber iltîhaba-girêdayî enfeksiyonê têne çêkirin, ji nûvekirina hestî digire (60).Rengkirina IHC û Tartrate-berxwedêr Acid Fosphatase (TRAP) ji bo çavdêrîkirina çalakiya osteoclast û vezîvirandina hestî (Wêne 6D) (61) hate kirin.Tenê çend osteoklastên aktîfkirî yên bi rengê mor di pozîtîfên tazî û SHP de hatin dîtin.Ji hêla din ve, gelek osteoklastên çalakkirî li nêzî hestiyên tazî yên erênî û gihîştî yên LOIS hatin dîtin.Ev diyarde destnîşan dike ku di hebûna osteoklastan de, kelûmê li dora cîhê şikestinê di pêvajoyek nûvekirina tundûtûjî de derbas dibe (62).Hêjmara hestî û qada îfadeya osteoclastê ya kalûsê hate pîvandin da ku asta damezrandina kalûsê li dora cîhê şikestinê di hemî koman de were berhev kirin, da ku pîvandina mîkro-CT û encamên IHC-ê were pîvandin (Wêne 6E, 1 û 2).Wekî ku tê hêvî kirin, negatîfên tazî û avakirina kalusê di LOIS de ji komên din bi girîngî bilindtir bûn, ku destnîşan dike ku nûvekirina hestiyê erênî pêk hatiye (63).Wêneya S10 wêneya optîkî ya cîhê neştergeriyê, encama rengdêra MT ya tevna ku li nêzikî pêçê hatî berhev kirin nîşan dide, û encama rengdêra TRAP-ê ku navbera pêç-hestiyê ronî dike.Di substratê tazî de, çêbûna kalûs û fibrozê ya xurt hate dîtin, dema ku implanta ku bi LOIS-ê hatî derman kirin rûverek bi nisbeten negirtî nîşan da.Bi heman rengî, li gorî negatîfên tazî, wekî ku ji hêla tîrên spî ve hatî destnîşan kirin, fibroza jêrîn di kevroşkên ku bi LOIS hatine çandin de hate dîtin.Digel vê yekê, edema hişk (tîra şîn) dikare ji taybetmendiyên LOIS-ê revîna nesaxiyê ve were girêdan, bi vî rengî iltîhaba giran kêm dike.Rûyê nehêle li dora implantê û kêmbûna fibrosis destnîşan dike ku pêvajoya rakirinê hêsantir e, ku bi gelemperî di şikestin an iltîhaba din de çêdibe.Pêvajoya saxbûna hestî piştî rakirina pêlê ji hêla çalakiya osteoclastê ve di navberê-hestiyê de hate nirxandin.Hem hestiyê tazî û hem jî navbeynkariya implantê ya LOIS astên wekhev ên osteoklastan vedihewîne da ku başbûna hestî pêşde bibe, ev destnîşan dike ku pêlava LOIS bandorek neyînî li ser başkirina hestî an bersivek berevaniyê nake.Ji bo ku were piştrast kirin ku guheztina rûkalê ya ku li ser LOIS tê kirin mudaxeleyî pêvajoya saxbûna hestî nake, îmtîhana rontgenê hate bikar anîn da ku saxbûna hestiyê kevroşkan bi îyonên neyînî yên eşkerekirî û 6 hefte ji implantasyona LOIS re were berhev kirin (Wêne 6F).Encaman destnîşan kir ku li gorî koma erênî ya tazî ya bê enfeksiyonê, LOIS heman astê saxbûna hestî nîşan da, û di her du koman de ti nîşanên eşkere yên şikestinê (xêza osteolysisa domdar) tune.
(A) Diyagrama şematîkî ya pêvajoya başkirina hestî piştî şikestinê.(B) Cûdahiya di asta damezrandina kalûsê ya her komek rûvî de û (C) wêneya xaçerê ya cîhê şkestinê.(D) Rengkirina TRAP-ê ji bo dîtina çalakiya osteoclast û vezîvirandina hestî.Li ser bingeha çalakiya TRAP-ê, damezrandina kelûmêla derveyî ya hestiyê kortikal ji hêla (E) (1) mîkro-CT û (2) çalakiya osteoclast ve ji hêla mîqdar ve hate analîz kirin.(F) 6 hefte piştî implantasyonê, wêneyên rontgenê yên hestiyê şikestî yê negatîfê eşkerekirî (ji hêla çargoşeya sorkirî ya sor ve hatî ronî kirin) û LOIS (ji hêla çargoşeya şîn ve hatî ronî kirin).Analîza statîstîkî bi analîza yek-alî ya veguheztinê (ANOVA) hate kirin.* P <0,05.** P <0.01.
Bi kurtasî, LOIS celebek nû ya stratejiya enfeksiyonê ya antîbakteryal û pêlava revê ya nesaxiyê ji bo implantên ortopedîk peyda dike.Implantên ortopedîk ên kevneşopî yên bi fonksiyonelkirina SHP-ê taybetmendiyên dij-biofouling-kurt-kurt nîşan didin, lê nikarin taybetmendiyên xwe ji bo demek dirêj biparêzin.Sperhîdrofobîtiya substratê bilbilên hewayê di navbera bakterî û substratê de digire, bi vî rengî qulikên hewayê çêdike, bi vî rengî pêşî li enfeksiyona bakteriyan digire.Lêbelê, ji ber belavbûna hewayê, ev kulpên hewayê bi hêsanî têne rakirin.Ji hêla din ve, LOIS kapasîteya xwe ya ji bo pêşîlêgirtina enfeksiyonên bi biyofilmê re baş îsbat kiriye.Ji ber vê yekê, ji ber taybetmendiyên dijî redkirinê yên tebeqeya lubricantê ya ku li rûbera avahiya mîkro/nano ya qatkirî tê derzî kirin, iltîhaba têkildar bi enfeksiyonê dikare were asteng kirin.Rêbazên cûrbecûr karakterîzasyonê di nav de pîvandinên SEM, AFM, XPS û CA têne bikar anîn da ku şert û mercên hilberîna LOIS xweştir bikin.Wekî din, LOIS dikare li ser cûrbecûr materyalên biyolojîkî yên ku bi gelemperî di alavên rastkirina ortopedîk de têne bikar anîn, wekî PLGA, Ti, PE, POM û PPSU jî were sepandin.Dûv re, LOIS di vitro de hate ceribandin da ku taybetmendiyên xwe yên dij-biofouling li dijî bakterî û madeyên biyolojîkî yên ku bi bersiva nesaxiyê ve girêdayî ne îsbat bike.Encam destnîşan dikin ku ew li gorî implantê tazî xwedan bandorên antîbakterî û antî-biofouling hêja ye.Wekî din, LOIS piştî sepandina stresa mekanîkî jî hêza mekanîkî nîşan dide, ku di cerahîya plastîk de neçar e.Ji ber taybetmendiyên xweser ên rûnê li ser rûbera avahiya mîkro/nano, LOIS bi serfirazî taybetmendiyên xweya qirêjiya antî-biyolojîkî domand.Ji bo lêkolîna biyolojîk û taybetmendiyên antîbakteriyal ên LOIS di vivo de, LOIS 4 hefte di femura keroşkê de hate çandin.Di kêvroşkên ku bi LOIS hatine çandin de enfeksiyonek bakterî nehat dîtin.Digel vê yekê, karanîna IHC astek kêmbûyî ya berteka xweparastinê ya herêmî destnîşan kir, ku destnîşan dike ku LOIS pêvajoya başkirina hestî asteng nake.LOIS taybetmendiyên antîbakteriyal û revîna belengaziyê ya hêja destnîşan dike, û hate îsbat kirin ku bi bandor pêşî li avakirina biyofilmê digire berî û di dema emeliyata ortopedîk de, nemaze ji bo senteza hestî.Bi karanîna modela şikestina femoral a înflamatuar a mêjûya hestiyê kerê, bandora enfeksiyonên bi biyofilmê li ser pêvajoya saxbûna hestî ya ku ji hêla implantên pêş-înkubatî ve hatî çêkirin bi kûr ve hate lêkolîn kirin.Wekî lêkolînek paşerojê, modelek nû ya in vivo hewce ye ku enfeksiyonên gengaz ên piştî implantasyonê lêkolîn bikin da ku di tevahiya pêvajoya başbûnê de enfeksiyonên bi biofilmê bi tevahî fêm bikin û pêşî lê bigirin.Wekî din, osteoinduction di entegrasyonê de bi LOIS re hîn jî pirsgirêkek neçareser e.Zêdetir lêkolînek pêdivî ye ku meriv girêdana bijartî ya hucreyên osteoinduktîf an dermanê nûjenker bi LOIS re bike yek da ku dijwariyê derbas bike.Bi tevayî, LOIS pêvekek implantasyona ortopedîkî ya hêvzdar bi zexmbûna mekanîkî û taybetmendiyên antî-biofouling ên hêja, ku dikare SSI û bandorên alîgir ên bêparêz kêm bike, temsîl dike.
Substrata 15mm x 15mm x 1mm 304 SS (Dong Kang M-Tech Co., Korea) di nav aceton, EtOH û DI avê de 15 hûrdem bişon da ku gemaran derxînin.Ji bo ku li ser rûxê avahiyek mîkro/nano-ast were çêkirin, substratê paqijkirî di 50°C de di nav çareseriyek HF-ê ya ji% 48 heta 51% (DUKSAN Corp., Koreya Başûr) de tê avêtin.Demjimêra etching ji 0 heta 60 hûrdeman diguhere.Dûv re, substrata xêzkirî bi ava deionîzekirî hate paqij kirin û di nav çareseriyek 65% HNO3 (Korea DUKSAN Corp.) de li 50 ° C ji bo 30 hûrdeman hate danîn da ku li ser rûxê qatek pasîvasyona oksîdê kromê çêbike.Piştî pasîvkirinê, substrat bi ava deionîzekirî tê şûştin û tê zuha kirin da ku substratek bi avahiyek qatkirî were bidestxistin.Dûv re, substrat li ber plazmaya oksîjenê (100 W, 3 hûrdem) hate rûxandin, û tavilê 12 demjimêran di nav çareseriyek 8,88 mM POTS (Sigma-Aldrich, Elmanya) de di nav toluene de li germahiya odeyê ji bo 12 demjimêran hate nixumandin.Dûv re, substratê ku bi POTS hatî pêçan bi EtOH hate paqij kirin, û 2 demjimêran di 150 °C de hate rijandin da ku POTS SAM-ya hişk were bidestxistin.Piştî kişandina SAM-ê, bi sepandina lubrîkantek perfluoropolyeter (Krytox 101; DuPont, USA) bi qebareya barkirinê 20 μm/cm 2, qatek rûnê li ser substratê hate çêkirin.Ji bo 15 hûrdeman 15 hûrdeman li goşeyek 45° bi zivirandinê rûnê zêde jê derxin.Heman prosedûra çêkirinê ji bo implantên ortopedîk ên ji 304 SS (plaka kilîtkirin û pêça girtina kortikal; Dong Kang M-Tech Co., Kore) hatî çêkirin hate bikar anîn.Hemî implantên ortopedîk ji bo ku li gorî geometrîya femura keroşkê tevbigerin hatine sêwirandin.
Morfolojiya rûkalê ya substrate û implantên ortopedîk ji hêla SEM (Inspect F50, FEI, USA) û AFM (XE-100, Park Systems, Koreya Başûr) ve hate kontrol kirin.Zehmetiya rû (Ra, Rq) bi zêdekirina qada 20 μm bi 20 μm (n=4) tê pîvandin.Pergalek XPS (PHI 5000 VersaProbe, ULVAC PHI, Japonya) ku bi çavkaniyek tîrêjê ya Al Kα ya bi mezinahiya 100μm2 ve hatî peyda kirin ji bo analîzkirina pêkhateya kîmyewî ya rûkal hate bikar anîn.Pergalek pîvandinê ya CA-yê ku bi kamerayek girtina wêneya dînamîkî (SmartDrop, FEMTOBIOMED, ​​Koreya Başûr) ve hatî çêkirin ji bo pîvandina CA û SA-ya şil hate bikar anîn.Ji bo her pîvandinê, 6 heta 10 μl dilop (ava deionîzekirî, xwîna hespan, EG, 30% etanol, û HD) li ser rûyê erdê têne danîn da ku CA were pîvandin.Dema ku goşeya meyla substratê bi leza 2°/s (n = 4) zêde dibe, dema ku dilop dikeve SA tê pîvandin.
Pseudomonas aeruginosa [Berhevoka Çandî ya Tîpa Amerîkî (ATCC) 27853] û MRSA (ATCC 25923) ji ATCC (Manassas, Virginia, USA) hatin kirîn, û çanda stok li -80 °C hate parastin.Berî ku were bikar anîn, çanda cemidî di şûşeya soya ya bi trîpsîn-hilandî de (Komed, Kore) di 37°C de 18 demjimêran hate înkubakirin û dûv re du caran hate veguheztin da ku wê çalak bike.Piştî înkubasyonê, çand di 10,000 rpm de 10 hûrdeman li 4 ° C santrîfuj kirin û du caran bi çareseriyek PBS (pH 7.3) hate şûştin.Dûv re çanda santrîfujkirî li ser plakên agar ên xwînê (BAP) tê çandin.MRSA û Pseudomonas aeruginosa di şevekê de hatin amadekirin û di şûşeya Luria-Bertani de hatin çandin.Giraniya Pseudomonas aeruginosa û MRSA di înokûlûmê de ji hêla CFU-ya suspensionê ve di navberên rêzikan ên li ser agar de ji hêla mîqdar ve hate destnîşankirin.Dûv re, hûrbûna bakteriyan bi standarda 0.5 McFarland, ku bi 108 CFU / ml re wekhev e, rast bikin.Dûv re suspensiona bakterî ya xebitandinê 100 carî bi 106 CFU/ml birijînin.Ji bo ceribandina taybetmendiyên adhezîyonê yên antîbakteryal, substrat berî ku were bikar anîn 15 hûrdeman di 121°C de sterilîze kirin.Dûv re substrat veguheztin 25 ml suspensiona bakterî û di 37°C de bi hejandina xurt (200 rpm) 12 û 72 demjimêran hate înkubakirin.Piştî înkubasyonê, her substrat ji înkubatorê hate derxistin û 3 caran bi PBS hate şuştin da ku bakteriyên herikîn ên li ser rûyê erdê jê bibin.Ji bo ku biyofilma li ser substratê were temaşe kirin, biyofilm bi metanolê ve hate girêdan û 2 hûrdeman bi 1 ml porteqala crimidine reng kirin.Dûv re mîkroskopa floransansê (BX51TR, Olympus, Japonya) hate bikar anîn da ku wêneyên bîyofîlma rengdar bikişîne.Ji bo ku biyofilma li ser substratê were hejmartin, şaneyên pêvekirî bi rêbaza vortexê ya bejê ji substratê hatin veqetandin, ku ji bo rakirina bakteriyên pêvekirî wekî rêbaza herî guncan hate hesibandin (n = 4).Bi darê zorê yên sterîl, substratê ji navgîna mezinbûnê derxînin û li plakaya bîrê bixin da ku şilava zêde jê bibe.Hucreyên ku bi hûrgulî ve girêdayî bûn bi du caran şuştina bi PBS ya sterîl hatin rakirin.Dûv re her substrat hate veguheztin bo boriyek testê ya sterîl ku tê de 9 ml proteîna ept saline (PSW)% 0,1 û 2 g ji 20 heta 25 mûçikên cam ên sterîl (bi dirêjahiya 0,4 heta 0,5 mm) vedihewîne.Dûv re 3 hûrdeman hate dorvekirin da ku şaneyên ji nimûneyê werin veqetandin.Piştî vortexing, suspension bi rêzikî 10-qat bi 0.1% PSW re hate rijandin, û dûv re 0.1 ml ji her dilopek li ser BAP-ê hate rijandin.Piştî 24 demjimêrên înkubasyonê li 37 ° C, CFU bi destan hate jimartin.
Ji bo şaneyan, fîbroblastên mişkî NIH/3T3 (CRL-1658; ATCC Amerîkî) û makrofagên mişkî RAW 264.7 (TIB-71; ATCC Amerîkî) hatin bikar anîn.Ji bo çandina fîbroblastên mişkî navgîna Eagle ya guhertî ya Dulbecco (DMEM; LM001-05, Welgene, Kore) bikar bînin û bi 10% serumê golik (S103-01, Welgene) û 1% penîsîlîn-streptomycin (PS; LS202-02, Welgene) lê zêde bikin. Ji bo çandina makrofagên mişkî DMEM bikar bînin, bi 10% seruma fetusê (S001-01, Welgene) û 1% PS-ê bixin nav plakaya çanda şaneya şeş-kaniyê, û şaneyan bi 105 şaneyên/cm2 bixin. Şane di şevekê de li 37°C û 5% CO2 hatin inkubkirin Li 37°C ji bo 30 deqeyan, substratê bi 4',6-diamino-2-fenylindole (H -1200, Vector Laboratories, UK) VECTASHIELD navgîna rastkirinê (n = 4 ji bo proteînê) bikar bînin , fluorescein, fluorescein isothiocyanate-albumin (A9771, Sigma-Aldrich, Almanya) û plazmaya mirovî Alexa Fluor 488-fibrinogen (F13191, Invitrogen, USA) di PBS (10 mM4, pH) de hate hilweşandin.Giraniya albûmîn û fîbrînogenê bi rêzdarî 1 û 150 μg/ml bûn.Piştî substratê Berî ku hûn di nav çareseriya proteînê de biçînin, wan bi PBS bişon da ku rûberê ji nû ve were hîdrokirin.Dûv re hemî substratan têxin nav piyalek şeş-kalî ku tê de çareseriya proteîn tê de heye û 30 û 90 hûrdeman di 37°C de bihêlin.Piştî înkubasyonê, dûv re substrat ji çareseriya proteînê hate derxistin, bi nermî bi PBS 3 caran hate şûştin, û bi 4% paraformaldehyde (n = 4 ji bo her proteînekê) hate sabît kirin.Ji bo kalsiyûmê, sodyûm klorîd (0,21 M) û fosfat potassium (3,77 mM) ) di ava deyonîzekirî de hate helandin.Bi lêzêdekirina çareseriya hîdrochloride (1M) pH-ya çareseriyê di 2.0 de hate sererast kirin.Dûv re klorîdê kalsiyûmê (5,62 mM) di çareseriyê de hate helandin.Bi lêzêdekirina 1M tris(hîdroksîmetîl)-amîno Metan pHya çareseriyê digihîje 7,4.Hemî substratan têxin nav piyalek şeş kanî ya ku bi 1,5× çareseriya kalsiyum fosfatê dagirtî ye û piştî 30 hûrdeman ji çareseriyê derxin.Ji bo renggirtinê, 2 g Alizarin Red S (CI 58005) bi 100 ml ava deionized tevlihev bikin.Dûv re, %10 hîdroksîd amonyum bikar bînin da ku pH-ê li ser 4-ê rast bikin. Bi 5 hûrdeman substratê bi çareseriya Alizarin Red boyax bikin, û dûv re rengê zêde bihejînin û blot bikin.Piştî pêvajoya hejandinê, substrate jêbirin.Materyal tê dehîderkirin, paşê 5 hûrdeman di nav acetonê de tê rijandin, dûv re 5 hûrdeman di çareyek acetone-xylene (1:1) de tê avêtin û di dawiyê de bi xylene (n = 4) tê şûştin.Mîkroskopa floransansê (Axio Imager) bi lensên objektîf ×10 û ×20 tê bikaranîn..A2m, Zeiss, Almanya) hemî substratan wêne dike.ImageJ/FIJI (https://imagej.nih.gov/ij/) ji bo pîvandina daneyên adhesionê yên maddeyên biyolojîkî li ser her komek ji çar deverên cûda yên wênekêşiyê hate bikar anîn.Ji bo berhevdana substratê hemî wêneyan veguherînin wêneyên binaryê yên bi tixûbên sabît.
Mîkroskopa konfokal a Zeiss LSM 700 hate bikar anîn da ku îstîqrara qata rûnê di PBS-ê de di moda refleksê de bişopîne.Nimûneya şûşeya SAM-ê ya ku bi fluorînê ve girêdayî ye û bi qatek rûnê derzîkirî ve di nav çareseriyek PBS de hate nixumandin, û bi karanîna şikilek orbital (SHO-1D; Daihan Scientific, Koreya Başûr) di bin şert û mercên hejandina sivik de (120 rpm) hate ceribandin.Dûv re nimûne hildin û bi pîvandina windabûna ronahiya ronahiyê windabûna rûnê bişopînin.Ji bo ku di moda refleksê de wêneyên floransê bi dest bixin, nimûne li ber lazerek 633 nm tê derxistin û dûv re tê berhev kirin, ji ber ku ronî dê ji nimûneyê vegere.Nimûne di navberên demjimêrên 0, 30, 60 û 120 saetan de hatin pîvandin.
Ji bo ku bandora pêvajoya guheztina rûkalê li ser taybetmendiyên nanomekanîkî yên implantên ortopedîk were destnîşankirin, nanoindenterek (TI 950 TriboIndenter, Hysitron, USA) ku bi tîpa almasê ya Berkovich-a sêalî ya pîramîda sêalî ve hatî çêkirin ji bo pîvandina nanoindenedione hate bikar anîn.Barkirina lûtkeyê 10 mN û qada 100μmx 100μm e.Ji bo hemî pîvandinan, dema barkirin û barkirin 10 s e, û dema ragirtinê di bin barkirina lûtkeyê de 2 s e.Pîvanan ji pênc cihên cûda bigirin û navînî bigirin.Ji bo nirxandina performansa hêza mekanîkî ya di bin barkirinê de, bi karanîna makîneyek ceribandinê ya gerdûnî (Instron 5966, Instron, USA) ceribandinek guheztina sê-xalî ya transversal hate kirin.Substrat bi rêjeyek domdar 10 N / s bi barek zêde tê pêçandin.Bernameya nermalavê ya Bluehill Universal (n = 3) hate bikar anîn da ku modula guheztinê û stresa zextê ya herî zêde hesab bike.
Ji bo simulasyona pêvajoya operasyonê û zirara mekanîkî ya têkildar a ku di dema operasyonê de çêbûye, pêvajoya operasyonê li vitro hate kirin.Femûr ji keroşkên spî yên Zelandaya Nû yên hatin înfazkirin hatin berhevkirin.Femur 1 hefteyekê di nav 4% paraformaldehyde de hate paqij kirin û sabît kirin.Wekî ku di rêbaza ceribandina heywanan de tê diyar kirin, femurê sabît bi emeliyatê hate xebitandin.Piştî emeliyatê, implantê ortopedîk 10 seqeyan di nav xwînê de (xwîna hespê, KISAN, Kore) hate nixumandin da ku were piştrast kirin ku piştî ku birîna mekanîkî hate sepandin (n = 3) adhesionsên xwînê çêbûne.
Bi tevahî 24 kevroşkên spî yên Zelandaya Nû (giraniya 3,0 heta 3,5 kg, temenê navîn 6 meh) bi korfelaqî li çar koman hatin dabeş kirin: neyînî tazî, tazî erênî, SHP û LOIS.Hemî prosedurên ku bi heywanan re têkildar in li gorî standardên exlaqî yên Komîteya Lênihêrîn û Bikaranîna Heywanan a Saziyê (IACUC pejirandî, KOREA-2017-0159) hatine kirin.Implanta ortopedîk ji plakaya kilîtkirinê ya bi pênc kun (dirêjî 41 mm, firehî 7 mm û qalindahî 2 mm) û pêlên girtina kortikal (dirêj 12 mm, qalind 2,7 mm) ji bo rastkirina şikestinê pêk tê.Ji xeynî wan lewh û pêlên ku di koma tazî-neyînî de têne bikar anîn, hemî lewh û pêçan 12 demjimêran di suspensiona MRSA (106 CFU/ml) de hatin inkubasyon kirin.Koma tazî-neyînî (n=6) bi împlantên rûbera tazî bêyî ragirtina suspensiona bakterî, wekî kontrolek neyînî ji bo enfeksiyonê hate derman kirin.Koma erênî ya tazî (n = 6) bi împlantek rûbera tazî ya ku ji bakteriyan re wekî kontrolek erênî ya enfeksiyonê hate derman kirin.Koma SHP (n = 6) bi împlantên SHP yên bi bakterî vekirî hate derman kirin.Di dawiyê de, koma LOIS bi pêlên LOIS-ê yên bi bakterî re (n = 6) hate derman kirin.Hemû heywan di qefesê de tên xwedîkirin, gelek xwarin û av tê dayîn.Beriya emeliyatê 12 saetan rojî girtin.Heywan bi derzîlêdana xylazine (5mg/kg) û bi derzîlêdana paclitaxel (3mg/kg) ya întramuskuler ji bo înductionê hatin bêhestkirin.Piştî wê, 2% isoflurane û 50% heya 70% oksîjena bijîjkî (rêjeya herikînê 2 L/min) bi pergala respirasyonê radest bikin da ku anesteziyê bidomînin.Ew bi rêgezek rasterast li ser femurê paşîn tê çandin.Piştî rakirina porê û dezenfektekirina çermê bi povîdon-yod, birînek bi qasî 6 cm dirêjî li derveyê femura navîn a çepê hate çêkirin.Bi vekirina valahiya di navbera masûlkeyên ku femurê vedişêrin, femur bi tevahî derdikeve holê.Plateyê li ber çîçeka femoral bixin û bi çar pêçan rast bikin.Piştî rastkirinê, tîrêjek sawê (1 mm stûr) bikar bînin da ku bi awayekî sûnî şikestinek li devera di navbera qula duyemîn û kuna çaremîn de çêbikin.Di dawiya emeliyatê de birîn bi salonê hat şûştin û bi dirûnan hat girtin.Ji her keroşkekê re enrofloxacin (5 mg/kg) ku ji sê parek di salona xwê de hatiye rijandin, di bin çerm de tê derzîkirin.Di hemî heywanan de (0, 7, 14, 21, 28, û 42 rojan) tîrêjên X-tîrêjên femurê yên piştî emeliyatê hatin girtin da ku osteotomiya hestî piştrast bikin.Piştî anesthesiya kûr, hemî heywan di rojên 28 û 42 de bi KCl ya hundurîn (2 mmol/kg) hatin kuştin.Piştî darvekirinê, femur ji hêla mîkro-CT ve hate şopandin da ku pêvajoya saxkirina hestî û avakirina hestiyê nû di navbera çar koman de were şopandin û berhev kirin.
Piştî darvekirinê, tevnên nerm ên ku rasterast bi implantên ortopedîk re di têkiliyê de bûn hatin berhev kirin.Tevlihev di şevekê de di 10% formalîna tamponkirî ya bêalî de hate sabît kirin û dûv re di EtOH de dehydrated.Tîma dehîdratî di parafînê de hate bicîkirin û bi stûrbûna 40 μm bi karanîna mîkrotomek (400CS; EXAKT, Almanya) hate dabeş kirin.Ji bo dîtina enfeksiyonê, rengkirina H&E û rengkirina MT hate kirin.Ji bo ku bersiva mêvandar were kontrol kirin, tevna perçekirî bi antî-TNF-α seretayî ya kevroşkê (AB6671, Abcam, USA) û antî-IL-6 kêvroşkê (AB6672; Abcam, USA) hate înkubakirin, û dûv re bi hespê re hate derman kirin.Oxidase.Li gorî rêwerzên çêker pergala rengkirina kompleksa avidin-biotin (ABC) li beşan bicîh bikin.Ji bo ku wekî hilberek berteka qehweyî xuya bibe, 3,3-diaminobenzidine di hemî beşan de hate bikar anîn.Skanerek slide ya dîjîtal (Pannoramic 250 Flash III, 3DHISTECH, Macaristan) hate bikar anîn da ku hemî perçeyan xuyang bike, û di her komê de herî kêm çar substrat ji hêla nermalava ImageJ ve hatine analîz kirin.
Li hemî heywanan piştî emeliyatê û her hefte ji bo şopandina başbûna şikestinan (n=6 her kom) wêneyên tîrêjê yên rontgenê hatin kişandin.Piştî darvekirinê, mîkro-CT-ya rezîliya bilind hate bikar anîn da ku piştî saxbûnê çêbûna kalosê li dora femurê hesab bike.Femûra hatî bidestxistin hate paqij kirin, 3 rojan di 4% paraformaldehyde de hate sax kirin, û di 75% etanol de dehydrated.Dûv re hestiyên dehydrated bi karanîna mîkro-CT (SkyScan 1173, Brooke Micro-CT, Kandy, Belçîka) hatin skankirin da ku wêneyên voxelê yên 3D (2240×2240 pixel) yên nimûneya hestî çêbikin.Parzûna Al 1.0 mm bikar bînin da ku dengê sînyalê kêm bikin û çareseriya bilind li hemî şopandinê bicîh bikin (E = 133 kVp, I = 60 μA, dema entegrasyonê = 500 ms).Nermalava Nrecon (guhertoya 1.6.9.8, Bruker microCT, Kontich, Belçîka) hate bikar anîn da ku ji projeksiyona paşîn a 2D-ya ku hatî stendin jimarek 3D ya nimûneya şopandî çêbike.Ji bo analîzê, wêneya ji nû ve hatî çêkirin 3D li gorî cîhê şkestinê li kubên 10mm×10mm×10mm tê dabeş kirin.Callusê li derveyî hestiyê kortikê hesab bikin.Nermalava DataViewer (guhertoya 1.5.1.2; Bruker microCT, Kontich, Belçîka) ji bo verastkirina dîjîtal hejmûna hestiyê pîskirî hate bikar anîn, û nermalava CT-Analyzer (guhertoya 1.14.4.1; Bruker microCT, Kontich, Belçîka) ji bo analîzê hate bikar anîn.Di hestiyê gihîştî û kalûsê de rêjeyên vegirtinê yên tîrêjê x-ê ji hêla tîrêjiya xwe ve têne cûda kirin, û dûv re qebareya tîrêjê tê hejmartin (n = 4).Ji bo ku were piştrast kirin ku biyolojiya LOIS pêvajoya saxbûna hestî dereng nake, analîzên din ên X-ray û mîkro-CT di du kewaran de hatin kirin: komên tazî-neyînî û LOIS.Her du kom di hefteya 6. de hatin înfazkirin.
Femûrên ji heywanên serjêkirî hatin komkirin û 3 rojan di nav %4 paraformaldehyde de hatin saxkirin.Dûv re împlantê ortopedîk bi baldarî ji femurê tê derxistin.Bi karanîna 0,5 M EDTA (EC-900, Pargîdaniya Diagnostîk a Neteweyî) 21 rojan femur hate decalcified kirin.Dûv re femurê dekalckirî di EtOH de hate rijandin da ku ew bêhêz bibe.Femûra dehîdratî di xylene de hate derxistin û di parafîn de hate bicihkirin.Dûv re nimûne bi mîkrotomek zivirî ya otomatîkî (Leica RM2255, Leica Biosystems, Almanya) bi qalindahiya 3 μm hate perçe kirin.Ji bo boyaxkirina TRAPê (F6760, Sigma-Aldrich, Almanya), nimûneyên beşkirî hatin deparafînîzekirin, ji nû ve hatin hîdrokirin û di reagenta TRAP-ê de di 37°C de ji bo 1 saetê hatin inkubakirin.Wêneyên bi karanîna skanerek slide (Pannoramic 250 Flash III, 3DHISTECH, Macarîstan) hatin wergirtin û bi pîvandina qaçaxa qada rengkirî ve hatin pîvandin.Di her ceribandinê de, herî kêm çar substrat di her komê de ji hêla nermalava ImageJ ve hatî analîz kirin.
Analîza girîngiya statîstîkî bi karanîna GraphPad Prism (GraphPad Software Inc., USA) hate kirin.Ji bo ceribandina ciyawaziyên di navbera komên nirxandinê de testa t-paired û analîza variansê ya yekalî (ANOVA) hatin bikar anîn.Asta girîngiyê di jimarê de wiha hatiye nîşandan: *P<0,05, **P<0,01, ***P<0,001 û ****P<0,0001;NS, cûdahiyek girîng tune.
Ji bo materyalên pêvek ji bo vê gotarê, ji kerema xwe bibînin http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/44/eabb0025/DC1
Ev gotarek gihîştina vekirî ye ku di bin şert û mercên Lîsansa Creative Commons Attribution-Non-Commercial de tê belav kirin, ku destûrê dide bikar anîn, belavkirin û nûvekirinê di her navgînekê de, heya ku bikar anîn ne ji bo berjewendiya bazirganî be û pêşgotin ev e ku orjînal kar rast e.Balkêşî.
Nîşe: Em tenê ji we daxwaz dikin ku hûn navnîşanek e-nameyê peyda bikin da ku kesê ku hûn rûpelê pêşniyar dikin bizane ku hûn dixwazin ew e-nameyê bibînin û ew e-name ne spam e.Em ê navnîşanên e-nameyê negirin.
Ev pirs ji bo ceribandina ka hûn mêvanek mirovî ne û ji bo pêşîlêgirtina şandina spamên otomatîkî tê bikar anîn.
Choe Kyung Min, Oh Young Jang, Park Jun Joon, Lee Jin Hyuk, Kim Hyun Cheol, Lee Kyung Moon, Lee Chang Kyu, Lee Yeon Taek, Lee Sun-uck, Jeong Morui
Kincên revê yên antîbakterî û belengaz ên implantên ortopedîk dikarin enfeksiyonan û bersivên berevaniyê yên ku ji ber enfeksiyonan têne çêkirin kêm bikin.
Choe Kyung Min, Oh Young Jang, Park Jun Joon, Lee Jin Hyuk, Kim Hyun Cheol, Lee Kyung Moon, Lee Chang Kyu, Lee Yeon Taek, Lee Sun-uck, Jeong Morui
Kincên revê yên antîbakterî û belengaz ên implantên ortopedîk dikarin enfeksiyonan û bersivên berevaniyê yên ku ji ber enfeksiyonan têne çêkirin kêm bikin.
©2021 Komeleya Amerîkî ji bo Pêşveçûna Zanistê.hemû maf parastî ne.AAAS hevparê HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef û COUNTER e.ScienceAdvances ISSN 2375-2548.