Ортопедиялык имплантациядан өткөн бейтаптар үчүн бактериялык инфекциялар жана инфекциядан келип чыккан иммундук реакциялар ар дайым өмүргө коркунуч туудурган коркунучтар болуп келген.Кадимки биологиялык материалдар биологиялык контаминацияга кабылышат, бул бактериялардын жарадар болгон жерди басып алып, операциядан кийинки инфекцияны пайда кылат.Ошондуктан, ортопедиялык имплантаттар үчүн инфекцияга каршы жана иммундук качуу жабындарын иштеп чыгуу зарыл.Бул жерде биз ортопедиялык имплантаттар үчүн майланган ортопедиялык импланттын бети (LOIS) деп аталган өнүккөн беттик модификациялоо технологиясын иштеп чыктык, ал кумура өсүмдүктөрүнүн кумураларынын жылмакай бетинен шыктанган.LOIS ар кандай суюктуктарга жана биологиялык заттарга (анын ичинде клеткаларга, белокторго, кальцийге жана бактерияларга) узакка созулган жана күчтүү суюктук репелленттүүлүгүнө ээ.Мындан тышкары, биз in vitro хирургиясы учурунда сөзсүз зыянды симуляциялоо менен чийилүүгө жана бекитүүчү күчкө каршы механикалык туруктуулукту тастыктадык.Коендун жилик чучугунун сезгенүү сан сыныгынын модели LOISтин анти-биологиялык масштабын жана инфекцияга каршы жөндөмдүүлүгүн кылдат изилдөө үчүн колдонулган.Биз антибиологиялык касиетке жана механикалык туруктуулукка ээ LOIS инфекциясыз ортопедиялык хирургияда алдыга кадам деп ойлойбуз.
Бүгүнкү күндө жалпы картаюуга байланыштуу ортопедиялык оорулардан (мисалы, улгайган адамдардын сыныктары, муундардын дегенеративдик оорулары, остеопороз) жапа чеккендердин саны абдан көбөйдү (1, 2).Ошондуктан медициналык мекемелер ортопедиялык хирургияга, анын ичинде бурамалар, пластинка, мык жана жасалма муундардын ортопедиялык импланттарына чоң маани беришет (3, 4).Бирок, салттуу ортопедиялык имплантаттар хирургиялык операциядан кийин хирургиялык сайттын инфекциясын (SSI) алып келиши мүмкүн болгон бактериялык адгезияга жана биофильмдин пайда болушуна дуушар болоору билдирилди (5, 6).Ортопедиялык импланттын бетинде биопленка пайда болгондон кийин, антибиотиктердин чоң дозасын колдонуу менен да биофильмди алып салуу өтө кыйын болуп калат.Ошондуктан, көбүнчө операциядан кийинки оор инфекцияларга алып келет (7, 8).Жогорудагы көйгөйлөрдөн улам, инфекция жуккан импланттарды дарылоо бардык импланттарды жана курчап турган ткандарды алып салуу менен бирге кайра операцияны камтышы керек;ошондуктан, оорулуу катуу ооруйт жана кээ бир коркунучтарга дуушар болот (9, 10).
Бул көйгөйлөрдүн кээ бирлерин чечүү үчүн бетине жабышкан бактерияларды жок кылуу аркылуу инфекцияны алдын алуу үчүн дары-элюциялуу ортопедиялык имплантаттар иштелип чыккан (11, 12).Бирок, стратегия дагы эле бир нече чектөөлөрдү көрсөтүп турат.Дары-элютивдүү импланттарды узак мөөнөттүү имплантациялоо курчап турган кыртыштарга зыян келтирип, некрозго алып келиши мүмкүн болгон сезгенүүнү пайда кылганы кабарланган (13, 14).Кошумчалай кетсек, АКШнын Азык-түлүк жана дары-дармек башкармалыгы тарабынан катуу тыюу салынган, дары-элютивдүү ортопедиялык импланттарды өндүрүү процессинен кийин болушу мүмкүн болгон органикалык эриткичтер анын стандарттарына жооп берүү үчүн кошумча тазалоо кадамдарын талап кылат (15).Дары-элютант имплантаттар дары-дармектерди контролдонуучу чыгарууда кыйынчылык жаратат жана алардын чектелген дары жүктөөсүнөн улам, препаратты узак мөөнөткө колдонуу мүмкүн эмес (16).
Дагы бир кеңири таралган стратегия - бул биологиялык заттардын жана бактериялардын бетке жабышып калуусуна жол бербөө үчүн имплантатты антифулинг полимер менен каптоо (17).Мисалы, цвитериондук полимерлер плазма белоктору, клеткалар жана бактериялар менен байланышта болгондо жабышпаган касиеттери менен көңүл бурган.Бирок, анын ортопедиялык имплантаттарда практикалык колдонулушуна тоскоол болгон узак мөөнөттүү туруктуулукка жана механикалык туруктуулукка байланыштуу кээ бир чектөөлөр бар, айрыкча хирургиялык процедуралар учурунда механикалык кырып салуу (18, 19).Мындан тышкары, жогорку биологиялык шайкештигинен, алып салуу хирургиясынын муктаждыгынын жоктугунан жана коррозия аркылуу бетти тазалоо касиеттеринен улам, биологиялык ыдыратуучу материалдардан жасалган ортопедиялык имплантаттар колдонулган (20, 21).Коррозия учурунда полимердик матрицанын ортосундагы химиялык байланыштар ыдырап, бетинен ажырайт, ал эми адгеренттер бетти тазалайт.Бирок, бетти тазалоо менен антибиологиялык булгануу кыска убакыттын ичинде натыйжалуу болот.Мындан тышкары, поли(сүт кислотасы-гликолдук кислота сополимери) (PLGA), полилактикалык кислота (PLA) жана магнийдин негизиндеги эритмелерди кошкондо көпчүлүк сиңүүчү материалдар организмде тегиз эмес биодеградацияга жана эрозияга дуушар болот, бул механикалык туруктуулукка терс таасирин тийгизет.(жыйырма эки).Мындан тышкары, биологиялык бузулуучу плитанын фрагменттери бактериялар үчүн жерди камсыз кылат, бул узак мөөнөттүү келечекте инфекциянын жугуу мүмкүнчүлүгүн жогорулатат.Бул механикалык бузулуу жана инфекция коркунучу пластикалык хирургияны практикалык колдонууну чектейт (23).
Лотос жалбырактарынын иерархиялык түзүлүшүн туураган супергидрофобдук (SHP) беттери булганууга каршы беттер үчүн потенциалдуу чечим болуп калды (24, 25).SHP бети суюктукка чөмүлдүрүлгөндө, аба көбүктөрү кармалып калат, муну менен аба чөнтөктөрү пайда болуп, бактериялардын жабышып калышына жол бербейт (26).Бирок, акыркы изилдөөлөр SHP бети медициналык имплантаттар аны колдонууга тоскоолдук механикалык бышык жана узак мөөнөттүү туруктуулук менен байланышкан кемчиликтери бар экенин көрсөттү.Мындан тышкары, аба чөнтөктөрү ээрийт жана булганууга каршы касиеттерин жоготот, натыйжада SHP бетинин чоң аянтынан улам кеңирээк бактериялык адгезия пайда болот (27, 28).Жакында Айзенберг жана анын кесиптештери Nepenthes кумура заводунун шыктандыруусу менен жылмакай бетти иштеп чыгуу менен анти-биологиялык бет каптоо ыкмасын киргизишти (29, 30).Жылмакай бети гидравликалык шарттарда узак мөөнөттүү туруктуулукту көрсөтөт, биологиялык суюктуктарга өтө суюктуктан репеллент жана өзүн-өзү оңдоочу касиетке ээ.Бирок, татаал формадагы медициналык имплантацияга каптаманы колдонуу ыкмасы да жок жана имплантациядан кийин жабыркаган кыртыштын айыгуу процессин колдой турганы далилденген эмес.
Бул жерде биз майланган ортопедиялык импланттын бети (LOIS), микро/наноструктуралуу ортопедиялык импланттын бети жана аны пластикалык хирургия менен байланыштырбоо үчүн жука майлоочу катмар менен тыгыз айкалыштырабыз.Фтор менен иштеген микро/нано-деңгээлдеги структура майлоочу майды структурага бекем бекиткендиктен, иштелип чыккан LOIS ар кандай суюктуктардын адгезиясын толугу менен токтотуп, булганууга каршы натыйжалуулугун узак убакытка сактай алат.LOIS каптоо сөөк синтези үчүн арналган ар кандай формадагы материалдарга колдонулушу мүмкүн.LOISтин биопленка бактерияларына [Pseudomonas aeruginosa жана метициллинге туруктуу Staphylococcus aureus (MRSA)] жана биологиялык заттарга (клеткаларга, белокторго жана кальцийге) каршы эң сонун анти-биологиялык касиеттери in vitro тастыкталган.Субстратка экстенсивдүү адгезиянын адгезия ылдамдыгы 1% дан аз.Мындан тышкары, механикалык стресстен кийин да, мисалы, бети тырмоо пайда болгондон кийин, майлоочу майлоочу майлоочу майлоочу майдын өзүн-өзү калыбына келтирүү анын булганууга каршы касиеттерин сактоого жардам берет.Механикалык бышыктык сыноонун натыйжалары структуралык жана химиялык өзгөртүүлөрдөн кийин да, жалпы күч олуттуу кыскарбай турганын көрсөтүп турат.Мындан тышкары, LOIS пластикалык хирургия учурунда пайда болгон ар кандай механикалык стресстерге туруштук бере аларын далилдөө үчүн хирургиялык чөйрөдөгү механикалык стрессти окшоштурган in vitro эксперименти жүргүзүлгөн.Акыр-аягы, биз LOIS жогорку антибактериалдык касиеттери жана биологиялык шайкештикке ээ экенин далилдеген in vivo сан сыныгы моделин коён негизделген.Радиологиялык жана гистологиялык жыйынтыктар имплантациядан кийин 4 жуманын ичинде майлоочу майдын туруктуу жүрүм-туруму жана анти-биофулдануу касиеттери сөөктүн айыгуу процессин кечеңдетпестен, инфекцияга каршы эффективдүү жана иммундук качуу көрсөткүчүнө жетише аларын тастыктады.
Figure 1A анын сонун анти-биологиялык булгануу жана анти-инфекциялык касиеттерин ырастоо үчүн коёндун жамбаш сөөгүнүн сынган моделине микро/нано масштабдуу структуралар менен имплантацияланган иштелип LOIS схемалык диаграммасын көрсөтөт.Биомиметикалык ыкма суу куюлган өсүмдүктүн бетин симуляциялоо жана беттин микро/нано структурасына майлоочу катмарды киргизүү аркылуу биобулгануунун алдын алуу үчүн жүргүзүлөт.Майлоочу май куюлган бет биологиялык заттар менен беттин ортосундагы байланышты азайтат.Ошондуктан, бетинде туруктуу химиялык байланыштар пайда болгондугуна байланыштуу, ал эң сонун антифулингге жана узак мөөнөттүү туруктуулукка ээ.Натыйжада, майлоочу беттин анти-биологиялык касиеттери биомедициналык изилдөөдө ар кандай практикалык колдонууга мүмкүндүк берет.Бирок бул өзгөчө беттин денеде кандайча өз ара аракеттениши боюнча кеңири изилдөөлөр али бүтө элек.альбумин жана biofilm бактерияларды колдонуу менен in vitro жылаңач субстраттары менен LOIS салыштыруу менен, LOIS эмес жабышчаак ырасталышы мүмкүн (Figure 1B).Мындан тышкары, жантайыңкы жылаңач субстраттагы жана LOIS субстратындагы (Figure S1 жана Movie S1) суу тамчыларын жылдырып, биологиялык булгануу натыйжалуулугун көрсөтсө болот.Флуоресценттик микроскоптун сүрөттөлүшүндө көрсөтүлгөндөй, белоктун жана бактериялардын суспензиясында инкубацияланган ачык субстрат бетине жабышкан көп сандагы биологиялык материалды көрсөттү.Бирок, анын эң сонун анти-биологиялык касиеттеринен улам, LOIS флуоресценцияны дээрлик көрсөтпөйт.Анын анти-биологиялык жана инфекцияга каршы касиеттерин тастыктоо үчүн LOIS сөөк синтези үчүн ортопедиялык импланттардын бетине (плиталар жана бурамалар) колдонулуп, коёндун сынган моделине жайгаштырылды.Имплантациядан мурун жылаңач ортопедиялык имплант жана LOIS бактериялык суспензияда 12 саатка инкубацияланган.Алдын ала инкубация салыштыруу үчүн ачык импланттын бетинде биофильмдин пайда болушун камсыздайт.Сүрөт 1C имплантациядан 4 жумадан кийин сынган жердин сүрөтүн көрсөтөт.Сол жакта жылаңач ортопедиялык импланты бар коён импланттын бетинде биоплёнканын пайда болушуна байланыштуу сезгенүүнүн катуу деңгээлин көрсөткөн.LOIS имплантацияланган коёндордо карама-каршы натыйжа байкалган, башкача айтканда, LOISтин курчап турган ткандарында инфекциянын белгилери да, сезгенүү белгилери да болгон эмес.Кошумчалай кетсек, сол жактагы оптикалык сүрөт ачык имплант менен коёндун хирургиялык ордун көрсөтүп турат, бул LOIS бетинде ачык импланттын бетинде бир нече жабышчаак табылган жок экенин көрсөтүп турат.Бул LOIS узак мөөнөттүү туруктуулугун жана анын анти-биологиялык булгануу жана анти-адгезия касиеттерин сактап калуу мүмкүнчүлүгү бар экенин көрсөтүп турат.
(A) LOIS схемалык схемасы жана коёндун жамбаш сөөгүнүн сыныгы моделине имплантациялоо.(B) жылаңач бетинде жана LOIS субстрат белок жана бактериялык biofilm Fluorescence микроскопиялык сүрөтү.Имплантациядан 4 жума өткөндөн кийин, (C) сынган жердин фотосүрөтү жана (D) рентген сүрөтү (кызыл тик бурчтук менен белгиленген).Сүрөттө: Кёмин Чае, Йонсей университети.
Стерилизацияланган, терс имплантацияланган коёндор эч кандай сезгенүүнүн же инфекциянын белгилери жок кадимки сөөктүн айыгышын көрсөттү.Башка жагынан алганда, бактериялык суспензияда алдын ала инкубацияланган SHP имплантаттары курчап турган ткандарда инфекцияга байланыштуу сезгенүүнү көрсөтөт.Бул узак убакыт бою бактериялык адгезияга бөгөт коюуга жөндөмсүздүгүнө байланыштуу болушу мүмкүн (Figure S2).LOIS айыктыруу процессине таасирин тийгизбестигин, бирок имплантацияга байланыштуу мүмкүн болгон инфекцияларга тоскоол болорун далилдөө үчүн сынган жердеги оң матрицанын жана LOISтин рентген сүрөттөрү салыштырылган (1D-сүрөт).Жылаңач оң импланттын рентген сүрөтү сөөктүн толук айыгып бүтө электигин көрсөткөн туруктуу остеолиз сызыктарын көрсөткөн.Бул сөөк калыбына келтирүү жараяны инфекция менен байланышкан сезгенүү үчүн абдан кечиктирилиши мүмкүн экенин көрсөтүп турат.Тескерисинче, LOIS имплантацияланган коёндор айыгып кеткенин жана эч кандай ачык сынган жерди көрсөтпөгөнүн көрсөттү.
Узак мөөнөттүү туруктуулугу жана функционалдуулугу (анын ичинде биологиялык булганууга туруктуулугу) бар медициналык импланттарды иштеп чыгуу үчүн көптөгөн аракеттер жасалды.Бирок ар кандай биологиялык заттардын болушу жана ткандардын адгезиясынын динамикасы алардын клиникалык жактан ишенимдүү ыкмаларын иштеп чыгууну чектейт.Бул кемчиликтерди жоюу үчүн биз микро/нано катмарлуу структураны жана химиялык жактан өзгөртүлгөн бетти иштеп чыктык, ал жогорку капиллярдык күчкө жана химиялык жакындыкка байланыштуу оптималдаштырылган, эң жылмакай майлоочу майды эң көп деңгээлде кармап туруу үчүн.Сүрөт 2A LOISтин жалпы өндүрүш процессин көрсөтөт.Биринчиден, медициналык класстагы дат баспас болоттон жасалган (SS) 304 субстратын даярдаңыз.Экинчиден, микро/нано структура SS субстратында гидрофтор кислотасынын (HF) эритмесин колдонуу менен химиялык оюу жолу менен түзүлөт.ССтин коррозияга туруктуулугун калыбына келтирүү үчүн оюлган субстратты иштетүү үчүн азот кислотасынын (HNO3) эритмеси (31) колдонулат.Пассивация SS субстраттын коррозияга туруктуулугун жогорулатат жана LOISтин жалпы өндүрүмдүүлүгүн төмөндөтүшү мүмкүн болгон коррозия процессин кыйла жайлатат.Андан кийин, 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyltriethoxysilane (POTS) менен өзүн-өзү чогулган monolayer (SAM) түзүү менен, бети химиялык бети жана жылмакай майлоочу Affinity ортосундагы химиялык өз ара жакшыртуу үчүн өзгөртүлгөн.Беттик модификациясы жылмакай майлоочу майдын беттик энергиясына дал келген жасалма микро/нано масштабдуу структураланган беттин беттик энергиясын олуттуу азайтат.Бул майлоочу майдын толук нымланышына мүмкүндүк берет, ошону менен бетинде туруктуу майлоочу катмар пайда болот.Модификацияланган бет жакшыртылган гидрофобдукту көрсөтөт.Натыйжалар көрсөткөндөй, тайгак майлоочу микро/нано түзүмүнөн келип чыккан жогорку химиялык жакындыктан жана капиллярдык күчтөн улам LOISде туруктуу жүрүм-турумду көрсөтөт (32, 33).Беттик модификациядан жана майлоочу инъекциядан кийин ССтин бетиндеги оптикалык өзгөрүүлөр изилденген.Үстүндө пайда болгон микро/нано катмарлуу түзүлүш визуалдык өзгөрүүлөрдү жаратып, бетти караңгылатышы мүмкүн.Бул кубулуш орой бетке жарыктын чачыратуу эффектисинин күчөшү менен түшүндүрүлөт, бул жарыкты кармоо механизми (34) менен шартталган диффузиялык чагылдырууну күчөтөт.Мындан тышкары, майлоочу май сайылгандан кийин, LOIS карарып калат.Майлоочу катмар субстраттан жарыктын азыраак чагылышын шарттайт, ошону менен LOISти караңгылатат.Микроструктураны/наноструктураны оптималдаштыруу үчүн эң кичине жылма бурчту (SA) көрсөтүү үчүн биотопурактанууга каршы эффективдүүлүккө жетишүү үчүн сканерлөөчү электрондук микроскопия (SEM) жана атомдук жуптар ар кандай HF таймаш убактысын аткаруу үчүн колдонулган (0, 3)., 15 жана 60 мүнөт) Күч микроскобу (AFM) (сүрөт 2B).SEM жана AFM сүрөттөрү кыска убакыттан кийин (3 мүнөттүк оюу) жылаңач субстрат тегиз эмес нано-масштабдуу оройлукту пайда кылганын көрсөтүп турат.Беттин бүдүрлүүлүгү оюу убактысына жараша өзгөрөт (S3-сүрөт).Убакыттын өтүшү менен өзгөрүп туруучу ийри сызык бетинин бүдүрлүүлүгү көбөйө берерин жана 15 мүнөттө оюп туу чокусуна жетээрин көрсөтөт, андан кийин 30 мүнөттө сүртүлгөндө бир аз гана тегиздиктин азайышы байкалат.Бул учурда, нано-деңгээлдеги бүдүр-бүрүлдүүлүк өчүрүлөт, ал эми микро-деңгээлдеги оройлук катуу өнүгүп, бүдүрлүктүн өзгөрүшүн туруктуураак кылат.30 мүнөттөн ашык оюлгандан кийин, бүдүрлүүлүктүн андан ары жогорулашы байкалат, ал төмөнкүчө майда-чүйдөсүнө чейин түшүндүрүлөт: SS болоттон турат, анын ичинде темир, хром, никель, молибден жана башка көптөгөн элементтер бар.Бул элементтердин арасында, темир, хром жана молибден HF оюу менен SS микрон/нано-масштабдуу орой түзүү маанилүү ролду ойнойт.Коррозиянын алгачкы стадияларында темир менен хром негизинен коррозияга учурайт, анткени молибден молибденге караганда коррозияга туруктуулугу жогору.Офорт процессинин жүрүшүнө жараша, оюу эритмеси локалдык ашыкча каныккандыкка жетип, фториддерди жана оксиддерди пайда кылат.Фторид жана оксид чөктүрүлөт жана акырында жер бетинде кайра тутанып, микрон/нано диапазонунда беттик тегиздикти пайда кылат (31).Бул микро/нано-деңгээлдеги оройлук LOISтин өзүн-өзү айыктыруучу касиетинде маанилүү ролду ойнойт.Кош масштабдуу бет капиллярдык күчтү абдан көбөйтүп, синергетикалык эффект жаратат.Бул кубулуш майлоочу майдын бетине туруктуу киришине мүмкүндүк берет жана өзүн-өзү калыбына келтирүүчү касиетке өбөлгө түзөт (35).Кептирликтин пайда болушу оюу убактысына жараша болот.10 мүнөткө созулган оюктун астында беттин бетинде нано-масштабдагы бүдүрлүктү гана камтыйт, бул биобулганууга туруштук берүү үчүн жетиштүү майлоочу материалды кармоого жетишсиз (36).Башка жагынан алып караганда, оюу убактысы 30 мүнөттөн ашса, темир менен хромдун кайра катмарлануусунан пайда болгон нано-масштабдуу бүдүрлүк жоголуп, молибдендин эсебинен микро масштабдуу бүдөмүк гана калат.Ашыкча оюлган беттин нано-масштабдуу бүдүрлүүлүгү жок жана эки этаптуу бүдүрлүктүн синергетикалык эффектин жоготот, бул LOISтин өзүн-өзү айыктыруу өзгөчөлүктөрүнө терс таасирин тийгизет.SA өлчөөлөрү булганууга каршы натыйжалуулугун далилдөө үчүн ар кандай оюу убакыттары бар субстраттарда жүргүзүлдү.Суюктуктардын ар кандай түрлөрү илешкектүүлүгүнө жана беттик энергиясына жараша тандалган, анын ичинде деионизацияланган (DI) суу, кан, этиленгликол (EG), этанол (EtOH) жана гексадекан (HD) (сүрөт S4).Убакыттын өтүшү менен өзгөрүп туруучу оюу үлгүсү ар кандай беттик энергиялары жана илешкектүүлүктөрү бар ар кандай суюктуктар үчүн 15 мүнөттүк оюлгандан кийин LOIS SA эң төмөн экенин көрсөтүп турат.Ошондуктан, LOIS майлоочу майдын туруктуулугун жана булганууга каршы мыкты касиеттерин эффективдүү сактоого ылайыктуу микрон жана нано-масштабдуу бүдүрлүктү пайда кылуу үчүн 15 мүнөткө оптималдаштырылган.
(A) LOISтин төрт баскычтуу өндүрүш процессинин схемалык диаграммасы.Кыстарма субстратта түзүлгөн SAMды көрсөтөт.(B) SEM жана AFM сүрөттөрү, ар кандай оюу убагында субстраттын микро/нано структурасын оптималдаштыруу үчүн колдонулат.Рентгендик фотоэлектрондук спектроскопия (XPS) спектри (C) Cr2p жана (D) F1s беттик пассивациядан жана SAM каптоодон кийин.au, ыктыярдуу бирдик.(E) жылаңач, чийилген, SHP жана LOIS субстраттарында суу тамчыларынын өкүлү сүрөттөр.(F) SHP жана LOIS боюнча ар кандай беттик чыңалуудагы суюктуктардын байланыш бурчу (CA) жана SA өлчөө.Маалыматтар орточо ± SD катары көрсөтүлөт.
Андан кийин беттин химиялык касиеттеринин өзгөрүшүн ырастоо үчүн ар бир беттик капталгандан кийин субстраттын бетинин химиялык курамынын өзгөрүшүн изилдөө үчүн рентген фотоэлектрондук спектроскопиясы (XPS) колдонулду.Сүрөт 2C HF чийилген бетинин жана HNO 3 менен иштетилген бетинин XPS өлчөө жыйынтыктарын көрсөтөт.587,3 жана 577,7 эВ эки негизги чокусу хром оксидинин катмарында болгон Cr-O байланышына таандык кылынышы мүмкүн, бул HF чийилген бетинен негизги айырма.Бул негизинен темир жана хром фторидинин HNO3 менен жер үстүндөгү керектөөсү менен шартталган.HNO3 негизиндеги оюу хромдун бетинде пассивациялоочу оксид катмарын түзүүгө мүмкүндүк берет, бул оюлган ССти кайрадан коррозияга туруктуу кылат.Сүрөт 2D, XPS спектрлери Fluorocarbon негизинде силан EG, кан жана EtOH үчүн да өтө жогорку суюктук репелленттүүлүгү бар SAM каптоо кийин бетинде пайда болгонун ырастоо үчүн алынган.SAM каптоо плазма менен дарылоонун натыйжасында пайда болгон гидроксил топтору менен силан функционалдык топторун реакциялоо менен аяктайт.Натыйжада, CF2 жана CF3 чокуларынын олуттуу өсүшү байкалган.286 жана 296 eV ортосундагы байланыш энергиясы химиялык модификация SAM каптоосу менен ийгиликтүү аяктаганын көрсөтүп турат.SHP салыштырмалуу чоң CF2 (290,1 eV) жана CF3 (293,3 eV) чокуларын көрсөтөт, алар бетинде пайда болгон флюорокарбон негизиндеги силандан келип чыгат.Figure 2E жылаңач, чийилген, SHP жана LOIS менен байланышта деионизацияланган суунун ар кандай топтору үчүн байланыш бурчунун (CA) өлчөөлөрүнүн өкүл оптикалык сүрөттөрүн көрсөтөт.Бул сүрөттөлүштөр химиялык оюу жолу менен пайда болгон микро/нано түзүлүшкө байланыштуу оюлган бет гидрофиликке айланып, деионизацияланган суу структурага сиңип калганын көрсөтүп турат.Бирок, субстрат SAM менен капталганда, субстрат күчтүү сууну репелленттүүлүгүн көрсөтөт, ошондуктан жер үстүндөгү SHP түзүлөт жана суу менен беттин ортосундагы байланыш аянты кичинекей.Акыр-аягы, LOISте CA төмөндөшү байкалды, муну майлоочу майдын микроструктурага кириши менен байланыштырууга болот, ошону менен контакт аянтын көбөйтөт.Беттин эң сонун суюктуктун репелленттиги жана жабышпаган касиеттери бар экенин далилдөө үчүн LOIS ар кандай суюктуктарды колдонуу менен CA жана SA өлчөө жолу менен SHP субстраты менен салыштырылган (Figure 2F).Суюктуктардын ар кандай түрлөрү илешкектүүлүк жана беттик энергиянын негизинде тандалып алынган, анын ичинде деионизацияланган суу, кан, EG, EtOH жана HD (Figure S4).CA өлчөө натыйжалары көрсөткөндөй, CA HDге тенденцияланганда, CAнын төмөндөшүнүн мааниси, мында CA беттик энергиясы эң төмөн.Мындан тышкары, жалпы САнын LOIS төмөн.Бирок, SA өлчөө такыр башка көрүнүштү көрсөтөт.Иондоштурулган суудан башка бардык суюктуктар SHP субстратына тайып кетпестен жабышат.Башка жагынан алганда, LOIS өтө төмөн SA көрсөтөт, мында бардык суюктук 10° дан 15° төмөн бурчта кыйшаяганда, суюктуктун баары жылат.Бул LOISтин жабышпастыгы SHP бетине караганда жакшыраак экенин көрсөтүп турат.Мындан тышкары, LOIS жабуулары титан (Ti), полифенилсульфон (PPSU), полиоксиметилен (POM), полиэфирдик кетон (PEEK) жана биоабсорбацияланган полимерлерге (PLGA) камтыган ар кандай түрдөгү материалдарга да колдонулат, алар имплантациялануучу ортопедиялык материалдар (сүрөт) S5)).LOIS тарабынан иштетилген материалдагы тамчылардын ырааттуу сүрөттөрү LOISтин анти-биологиялык касиеттери бардык субстраттарда бирдей экенин көрсөтүп турат.Мындан тышкары, CA жана SA өлчөө натыйжалары LOISтин жабышпаган касиеттерин башка материалдарга да колдонсо болорун көрсөтүп турат.
LOISтин булганууга каршы касиеттерин тастыктоо үчүн, субстраттардын ар кандай түрлөрү (анын ичинде жылаңач, оюлган, SHP жана LOIS) Pseudomonas aeruginosa жана MRSA менен инкубацияланган.Бул эки бактерия SSI (37) алып биофильмдердин пайда болушуна алып келиши мүмкүн өкүлү оорукана бактериялар, тандалып алынган.3-сүрөттө (А жана В) флуоресценттик микроскоптун сүрөттөрү жана бактериялык суспензияда кыска мөөнөттүү (12 саат) жана узак мөөнөттүү (72 саат) инкубацияланган субстраттардын колония түзүүчү бирдигин (CFU) өлчөө натыйжалары көрсөтүлгөн.Кыска убакыттын ичинде бактериялар кластерлерди түзүп, чоңоюп, былжыр сымал заттар менен каптап, алардын алынышына тоскоол болот.Бирок, 72 сааттык инкубация учурунда бактериялар жетилип, көбүрөөк колонияларды же кластерлерди түзүү үчүн жайылып тарайт.Демек, 72 сааттык инкубация узак мөөнөттүү жана бетинде күчтүү биопленканы пайда кылуу үчүн ылайыктуу инкубация убактысы деп эсептесе болот (38).Кыска убакыттын ичинде тешилген бети жана SHP бети бактериялык адгезияны көрсөттү, ал жылаңач субстрат менен салыштырганда болжол менен 25%тен 50%ке чейин кыскарды.Бирок, анын мыкты анти-биополистин аткаруу жана туруктуулугуна байланыштуу, LOIS кыска мөөнөттүү жана узак мөөнөттүү келечекте бактериялык биопленка адгезиясын көрсөткөн эмес.Схематикалык диаграмма (Figure 3C) оюу эритмеси, SHP жана LOIS антибиологиялык булгануу механизминин түшүндүрмөсүн сүрөттөйт.Гидрофилдик касиеттери бар оюлган субстрат жылаңач субстраттан чоңураак жер аянтына ээ болот деген божомол.Ошондуктан, чийилген субстратта көбүрөөк бактериялык адгезия пайда болот.Бирок, жылаңач субстрат менен салыштырганда, чийилген субстрат бетинде бир кыйла азыраак биофильмге ээ.Себеби суунун молекулалары гидрофилдик бетке бекем байланып, суу үчүн майлоочу зат катары кызмат кылып, кыска мөөнөттө бактериялардын жабышып калышына тоскоол болот (39).Бирок, суу молекулаларынын катмары абдан жука жана бактериялык суспензияларда эрийт.Демек, суунун молекулалык катмары көпкө чейин жок болуп, бактериялардын кеңири жабышып, көбөйүшүнө алып келет.SHP үчүн, анын кыска мөөнөттүү эмес нымдоочу касиеттери улам, бактериялык адгезия бөгөт коюлат.Азайган бактериялык адгезияны катмарлуу түзүлүштө камалып калган аба чөнтөктөрүнө жана жер үстүндөгү энергиянын төмөндөшүнө байланыштуу болушу мүмкүн, ошону менен бактериялык суспензия менен беттин ортосундагы байланышты азайтат.Бирок SHPде экстенсивдүү бактериялык адгезия байкалган, анткени ал узак убакыт бою булганууга каршы касиетин жоготкон.Бул негизинен гидростатикалык басымдын таасиринен аба чөнтөктөрүнүн жок болуп кетиши жана абанын сууда эриши менен шартталган.Бул, негизинен, аба чөнтөкчөлөрүнүн эригендиктен жана адгезия үчүн чоңураак жерди камсыз кылган катмарлуу түзүлүшүнүн жоголушу менен шартталган (27, 40).Узак мөөнөттүү туруктуулукка маанилүү таасир этүүчү бул эки субстраттан айырмаланып, LOIS курамындагы майлоочу майлоочу микро/нано структурага куюлат жана узак мөөнөттүү келечекте да жок болбойт.Микро/нано структуралар менен толтурулган майлоочу майлар абдан туруктуу жана жогорку химиялык жакындыгынан улам жер бетине катуу тартылат, ошону менен узак убакыт бою бактериялык адгезияны алдын алат.Сүрөт S6 фосфаттык буфердик тузга (PBS) чөмүлгөн майлоочу май куюлган субстраттын чагылуу конфокалдык микроскоптун сүрөтүн көрсөтөт.Үзгүлтүксүз сүрөттөр 120 сааттык бир аз титирөөдөн (120 айн/мин) кийин да LOISтеги майлоочу катмар өзгөрүүсүз калаарын көрсөтүп турат, бул агым шарттарында узак мөөнөттүү туруктуулукту көрсөтөт.Бул фтор негизиндеги SAM каптоо менен перфторкарбондун негизиндеги майлоочу майдын ортосундагы жогорку химиялык жакындыкка байланыштуу, ошондуктан туруктуу майлоочу катмар түзүлөт.Ошентип, булганууга каршы көрсөткүчтөр сакталат.Мындан тышкары, субстрат плазмадагы репрезентативдик белокторго (альбумин жана фибриноген), иммундук функция менен тыгыз байланышкан клеткаларга (макрофагдар жана фибробласттар) жана сөөктүн пайда болушуна байланыштуу сыналган.Кальцийдин курамы абдан жогору.(3D, 1 жана 2-сүрөт жана S7-сүрөт) (41, 42).Мындан тышкары, фибриноген, альбумин жана кальций үчүн адгезия сынагынын флуоресценттик микроскоптун сүрөттөрү ар бир субстрат тобунун ар кандай адгезиялык мүнөздөмөлөрүн көрсөттү (Figure S8).Сөөктүн пайда болушу учурунда жаңы пайда болгон сөөк жана кальций катмарлары ортопедиялык имплантты курчап алышы мүмкүн, бул алып салуу процессин гана кыйындатпастан, ошондой эле алуу процессинде пациентке күтүүсүз зыян келтириши мүмкүн.Ошондуктан, сөөк пластиналарындагы жана бурамалардагы кальций кенинин төмөн болушу импланттарды алып салууну талап кылган ортопедиялык хирургия үчүн пайдалуу.Флуоресценциянын интенсивдүүлүгүнө жана клеткалардын санына негизделген тиркелген аймакты сандык аныктоонун негизинде биз LOIS башка субстраттарга салыштырмалуу бардык биологиялык заттар үчүн эң сонун анти-биологиялык касиеттерди көрсөтөөрүн тастыктадык.In vitro эксперименттеринин жыйынтыгы боюнча, антибиологиялык булганган LOIS ортопедиялык импланттарга колдонулушу мүмкүн, ал биофильм бактериялары пайда кылган инфекцияларды гана токтотпостон, организмдин активдүү иммундук системасы менен шартталган сезгенүүнү да азайта алат.
(A) 12 жана 72 саат Pseudomonas aeruginosa жана MRSA суспензияларында инкубацияланган ар бир топтун (жылаңач, оюлган, SHP жана LOIS) флуоресценттик микроскоптун сүрөттөрү.(B) Ар бир топтун бетинде Pseudomonas aeruginosa жана MRSA жабышкан CFU саны.(C) Кыска мөөнөттүү жана узак мөөнөттүү оюп, SHP жана LOIS антибиологиялык булгануу механизминин схемалык диаграммасы.(D) (1) жылаңач жана LOIS жабышкан клеткалардын ар бир субстрат жана Fluorescence микроскоп сүрөттөрдү карманышат fibroblasts саны.(2) Сөөктү айыктыруу процессине катышкан иммундук протеиндердин, альбуминдин жана кальцийдин адгезия тести (* P <0.05, ** P <0.01, *** P <0.001 жана **** P <0.0001).ns, маанилүү эмес.
Концентрацияланган чыңалуудан кутулуу мүмкүн эмес болгон учурда, механикалык бышыктык ар дайым антифулингдик жабындыларды колдонуунун негизги көйгөйү болуп келген.Салттуу анти-канализация гел ыкмалары сууда эригичтиги жана морттугу төмөн полимерлерге негизделген.Ошондуктан, алар, адатта, биомедициналык колдонмолордо механикалык стресске дуушар болушат.Ошондуктан, механикалык жактан бышык антифулга каптоо ортопедиялык имплантаттар (43, 44) сыяктуу колдонмолор үчүн кыйынчылык бойдон калууда.Сүрөт 4А(1) ортопедиялык имплантаттарга колдонулган стресстин эки негизги түрүн көрсөтөт, анын ичинде кычкачтар тарабынан жасалган бузулган импланттын оптикалык сүрөтү менен тырмалуу (кыюу стресси) жана кысуу.Мисалы, бурагыч бурагыч менен бекемделгенде же хирург сөөк пластинкасын кычкач менен бекем кармап, кысуу күчүн колдонгондо, пластикалык сөөк пластинкасы бузулуп, макро жана микро/нано шкалаларда да чийилип калат (Figure 4A, 2) .Өндүрүлгөн LOIS пластикалык хирургия учурунда бул зыяндарга туруштук бере алар-албасын текшерүү үчүн микро/нано структурасынын механикалык касиеттерин изилдөө үчүн жылаңач субстраттын катуулугун жана микро/нано шкаладагы LOISти салыштыруу үчүн наноидентация жүргүзүлгөн (сүрөт 4B).Схематикалык диаграмма микро/нано структуралардын болушуна байланыштуу LOISтин ар кандай деформациялык жүрүм-турумун көрсөтөт.Наноиндентациянын натыйжалары боюнча күч-жылышуу ийри сызыгы тартылган (4С-сүрөт).Көк түстөгү сүрөт жылаңач субстратты билдирет, ал бир аз деформацияны көрсөтөт, мунун 0,26 микрон максималдуу чегинүү тереңдиги көрүнүп турат.Башка жагынан алганда, LOIS (кызыл ийри) байкалган nanoindentation күчү жана жылышуунун акырындык менен өсүшү, 1.61μm бир nanoindentation тереңдик натыйжасында, кыскарган механикалык касиеттери белгилерин көрсөтүшү мүмкүн.Себеби LOISде болгон микро/нано структура наноинденердин учу үчүн тереңирээк мейкиндикти камсыз кылат, ошондуктан анын деформациясы жылаңач субстраттын деформациясына караганда көбүрөөк.Конста-Гдутос жана башкалар.(45) наноструктуралардын болушуна байланыштуу, наноинденция жана микро/нано бүдүрлүүлүгү туура эмес наноинденция ийри сызыктарына алып келет деп эсептейт.Көлөкөлүү аймак наноструктурага таандык болгон туура эмес деформация ийри сызыгына туура келет, ал эми көлөкө эмес аймак микроструктурага таандык.Бул деформация кармагыч майлоочу майдын микроструктурасын/наноструктурасын бузуп, анын булганууга каршы иштешине терс таасирин тийгизиши мүмкүн.Зыяндын LOISке тийгизген таасирин изилдөө үчүн пластикалык хирургия учурунда денеде микро/нано структураларга сөзсүз зыян келтирилген.Кандын жана белоктун адгезиясынын тесттерин колдонуу менен, in vitro кийин LOISтин анти-биологиялык касиеттеринин туруктуулугун аныктоого болот (Figure 4D).Оптикалык сүрөттөрдүн сериясы ар бир субстраттын тешиктеринин жанында болгон зыянды көрсөтөт.Кандын адгезиясын текшерүү анти-биологиялык каптамага механикалык зыяндын таасирин көрсөтүү үчүн жүргүзүлдү (Figure 4E).SHP сыяктуу, булганууга каршы касиеттери бузулгандыктан жоголот, ал эми LOIS канды кайтаруу менен булганууга каршы мыкты касиеттерди көрсөтөт.Себеби, беттик энергия бузулган аймакты каптап турган капиллярдык аракет менен кыймылдагандыктан, микроструктуралуу майлоочу майдагы агым булганууга каршы касиеттерин калыбына келтирет (35).Ушундай эле тенденция альбуминди колдонуу менен белоктун адгезиясын текшерүүдө да байкалган.Бузулган аймакта протеиндин SHP бетине жабышуусу кеңири байкалат жана анын аянтын ченөө менен аны жылаңач субстраттын адгезия деңгээлинин жарымы катары сандык эсептөөгө болот.Башка жагынан алганда, LOIS адгезияны пайда кылбастан, өзүнүн анти-биологиялык касиеттерин сактап калган (4-сүрөт, F жана G).Мындан тышкары, буроонун бети көбүнчө бургулоо сыяктуу күчтүү механикалык стресске дуушар болот, ошондуктан биз LOIS каптамасынын бурамада бүтүн бойдон калуу мүмкүнчүлүгүн in vitro изилдедик.Figure 4H жылаңач, SHP жана LOIS, анын ичинде ар кандай бурамалар, оптикалык сүрөттөрдү көрсөтөт.Кызыл тик бурчтук сөөк имплантациялоо учурунда күчтүү механикалык стресс пайда болгон максаттуу аймакты билдирет.Пластинанын белоктун адгезия тестине окшош, флуоресценттик микроскоп белоктун адгезиясын сүрөткө тартуу жана LOIS каптоосунун бүтүндүгүн далилдөө үчүн каптоо аймагын өлчөө үчүн колдонулат, ал тургай күчтүү механикалык стресс (4-сүрөт, I жана J).LOIS менен иштетилген бурамалар булганууга каршы мыкты көрсөткүчтөрдү көрсөтөт жана бетине белок дээрлик жабышпайт.Башка жагынан алганда, протеин жабышуусу жылаңач бурамаларда жана SHP бурамаларында байкалган, мында SHP бурамаларынын аянты жылаңач бурамалардын үчтөн бир бөлүгүн түзгөн.Мындан тышкары, фиксациялоо үчүн колдонулган ортопедиялык имплант 4K-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, сынган жерге келтирилген стресске туруштук берүү үчүн механикалык жактан күчтүү болушу керек.Ошондуктан, химиялык модификациянын механикалык касиеттерге тийгизген таасирин аныктоо үчүн ийилүүчү сыноо жүргүзүлгөн.Мындан тышкары, бул имплантациядан туруктуу стрессти сактоо үчүн жасалат.Имплант толук бүктөлгөнчө жана стресс-деформация ийри сызыгы алынганга чейин вертикалдык механикалык күчтү колдонуңуз (4L, 1-сүрөт).Янгдын модулу жана ийилүү күчү, анын ичинде эки касиет жылаңач жана LOIS субстраттарынын ортосунда алардын механикалык бекемдигинин көрсөткүчтөрү катары салыштырылган (4L, 2 жана 3-сүрөт).Янгдын модулу материалдын механикалык өзгөрүүлөргө туруштук берүү жөндөмүн көрсөтөт.Ар бир субстраттын Янг модулу тиешелүүлүгүнө жараша 41,48±1,01 жана 40,06±0,96 ГПа;байкалган айырма болжол менен 3,4% түзөт.Кошумчалай кетсек, материалдын бышыктыгын аныктоочу ийилүүчү күч жылаңач субстрат үчүн 102,34±1,51 ГПа жана SHP үчүн 96,99±0,86 ГПа экени айтылат.Жылаңач субстрат болжол менен 5,3% жогору.Механикалык касиеттердин бир аз төмөндөшү кертик эффектинен улам болушу мүмкүн.Чентик эффектинде микро/нано бүдүрлүүлүк локалдык стресстин концентрациясына алып келип, импланттын механикалык касиеттерине таасир этүүчү кертиктердин жыйындысы катары иштеши мүмкүн (46).Бирок, адамдын кабык сөөгүнүн катуулугу 7,4 жана 31,6 GPa ортосунда экени жана өлчөнгөн LOIS модулу адамдын кортикалдык сөөгүнөн (47) ашып кеткендигине таянып, LOIS сыныкты жана анын жалпы абалын колдоо үчүн жетиштүү. механикалык касиеттери беттик өзгөртүүлөр минималдуу таасир этет.
(A) (1) операция учурунда ортопедиялык имплантка келтирилген механикалык стресстин схемасы жана (2) бузулган ортопедиялык импланттын оптикалык сүрөтү.(B) нано-механикалык касиеттерин наноиндентация жана жылаңач бетинде LOIS менен өлчөөнүн схемалык диаграммасы.(C) Жылаңач беттин жана LOISтин наноиндентациялык күч-жылышуу ийри сызыгы.(D) in vitro эксперименттерден кийин, операция учурунда пайда болгон механикалык стрессти симуляциялоо үчүн ортопедиялык плиталардын ар кандай түрлөрүнүн оптикалык сүрөттөрүн окшоштуруңуз (бузулган аймак кызыл тик бурчтук менен белгиленет).(E) Кандын адгезия тести жана (F) бузулган ортопедиялык табак тобунун протеиндин адгезиясы.(G) Пластинкага жабышкан белоктун аянтын өлчөө.(H) in vitro эксперименттен кийин ортопедиялык бурамалар ар кандай түрлөрүнүн оптикалык сүрөттөрү.(I) Протеиндин адгезия тести ар кандай каптамалардын бүтүндүгүн изилдөө.(J) Бурамага жабышкан белоктун аянтын өлчөө.(K) Коендун кыймылы сынган сөөккө туруктуу стресс жаратууга багытталган.(L) (1) Ийилгенге чейин жана ийилгенден кийин ийилген тесттин натыйжалары жана оптикалык сүрөттөр.Жылаңач имплант менен SHP ортосундагы (2) Янгдын модулунун жана (3) ийилүүчү күчтүн айырмасы.Маалыматтар орточо ± SD (*P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001 жана ****P<0.0001) катары көрсөтүлөт.Сүрөттө: Кёмин Чае, Йонсей университети.
Клиникалык кырдаалдарда, бактериялардын биологиялык материалдар жана жараланган жерлер менен байланышы жетилген, жетилген биофильмдерден келип чыгат (48).Ошондуктан, АКШнын Ооруларды көзөмөлдөө жана алдын алуу борборлору адамдардын бардык инфекцияларынын 65%ы биоплёнкалар менен байланыштуу деп эсептейт (49).Бул учурда импланттын бетинде ырааттуу биофильмдин пайда болушун камсыз кылган in vivo эксперименталдык дизайнын камсыз кылуу зарыл.Ошондуктан, биз ортопедиялык имплантаттар бактериялык суспензияда алдын ала инкубацияланган жана андан кийин LOISтин булганууга каршы касиеттерин изилдөө үчүн коёндун сан сөөгүнөн жарака моделин иштеп чыктык.Төмөнкү үч маанилүү фактыдан улам, бактериялык инфекциялар бактериялык суспензияларды түздөн-түз инъекциялоо эмес, алдын ала өстүрүү жолу менен пайда болот: (i) коёндордун иммундук системасы табигый түрдө адамдарга караганда күчтүүрөөк;ошондуктан, бактериялык суспензияларды жана планктондук бактерияларды инъекциялоо мүмкүн Бул биофильмдердин пайда болушуна эч кандай таасир этпейт.(II) Планктондук бактериялар антибиотиктерге көбүрөөк кабылышат жана антибиотиктер көбүнчө операциядан кийин колдонулат;акырында, (iii) планктондук бактериялардын суспензиясы жаныбардын дене суюктуктары менен суюлтулган болушу мүмкүн (50).Имплантантты бактериялык суспензияда алдын ала өстүрүү менен, биз бактериялык инфекциянын жана бөтөн дененин реакциясынын (FBR) сөөктүн айыгуу процессине тийгизген зыяндуу таасирин кылдат изилдей алабыз.Коёндор имплантациядан кийин 4 жумадан кийин курмандыкка чалынышты, анткени сөөктүн айыгуу процесси үчүн зарыл болгон оссоинтеграция 4 жуманын ичинде бүтөт.Андан кийин, имплантаттар төмөнкү изилдөө үчүн коёндор алынып салынды.Сүрөт 5А бактериялардын көбөйүү механизмин көрсөтөт.Инфекцияланган ортопедиялык имплант денеге киргизилет.Бактериялык суспензияда алдын ала инкубациялоонун натыйжасында жылаңач имплантаттар имплантацияланган алты коёндун алтоосуна инфекция жуккан, ал эми LOIS менен дарыланган имплантаттар имплантацияланган коёндордун бири да жуккан эмес.Бактериялык инфекциялар өсүү, жетилүү жана дисперсия сыяктуу үч баскычта жүрөт (51).Биринчиден, жабышкан бактериялар жер бетинде көбөйүп, өсөт, андан кийин бактериялар клеткадан тышкаркы полимерди (ЭПС), амилоиддик жана клеткадан тышкаркы ДНКны бөлүп чыгарганда биоплёнканы түзөт.Биофильм антибиотиктердин киришине тоскоол гана кылбастан, антибиотиктерди деградациялоочу ферменттердин (мисалы, β-лактамаза) топтолушуна өбөлгө түзөт (52).Акырында, биофильм жетилген бактерияларды курчап турган кыртыштарга таратат.Ошондуктан инфекция пайда болот.Кошумчалай кетсек, организмге бөтөн зат киргенде, күчтүү иммундук реакцияны пайда кылган инфекция катуу сезгенүүнү, ооруну жана иммунитетти төмөндөтөт.Сүрөт 5B бактериялык инфекциядан келип чыккан иммундук жооп эмес, ортопедиялык импланттын киргизүү менен шартталган ФБРдин жалпы көрүнүшүн берет.Иммундук система киргизилген имплантты бөтөн дене катары тааныйт, андан кийин клеткалар жана ткандар бөтөн денени капсулдаштыруу үчүн реакцияга киришет (53).ФБРдин алгачкы күндөрү ортопедиялык импланттардын бетинде камсыздоо матрицасы пайда болгон, анын натыйжасында фибриногендин адсорбциясы болгон.Андан соң адсорбцияланган фибриноген өтө тыгыз фибриндик тармакты түзүп, лейкоциттердин биригишине көмөктөшөт (54).Фибриндик тармак пайда болгондон кийин нейтрофилдердин инфильтрациясынан улам курч сезгенүү пайда болот.Бул кадамда шишик некроз фактору-α (TNF-α), интерлейкин-4 (IL-4) жана IL-β сыяктуу ар кандай цитокиндер чыгарылып, моноциттер имплантация болгон жерге кирип, ири клеткаларга дифференциациялана баштайт.Фаг (41, 55, 56).FBRди азайтуу ар дайым кыйынчылык жаратып келген, анткени ашыкча FBR курч жана өнөкөт сезгенүүнү алып келиши мүмкүн, бул өлүмгө алып баруучу кыйынчылыктарга алып келиши мүмкүн.Жылаңач имплантты жана LOISти курчап турган ткандарга бактериялык инфекциялардын таасирин баалоо үчүн гематоксилин жана эозин (H&E) жана Массон трихром (MT) боёосу колдонулган.Жылаңач субстраттар менен имплантацияланган коёндор үчүн катуу бактериялык инфекциялар күчөп, H&E кыртыш слайддарында сезгенүүдөн улам пайда болгон ириңдүү жана некроз ачык көрүнүп турат.Башка жагынан алганда, өтө күчтүү анти-биологиялык бети LOIS бактериялардын адгезиясын тоскоол, ошондуктан ал инфекциянын белгилерин көрсөтпөйт жана сезгенүүнү азайтат (Figure 5C).MT боёо натыйжалары ушундай эле тенденцияны көрсөттү.Бирок, MT боёгу LOIS менен имплантацияланган коёндордо да шишиктерди көрсөттү, бул калыбына келүү алдында турат (Figure 5D).Иммундук жооптун даражасын изилдөө үчүн иммундук жооп менен байланышкан TNF-α жана IL-6 цитокиндерин колдонуу менен иммуногистохимиялык (IHC) боёо жүргүзүлгөн.Бактерияларга дуушар болбогон жылаңач терс имплант бактерияларга дуушар болгон, бирок бактериялык инфекция жок болгон учурда айыккыс процессти изилдөө үчүн инфекцияга кабылбаган LOIS менен салыштырылган.5E-сүрөт TNF-αны туюндурган IHC слайдынын оптикалык сүрөтүн көрсөтөт.күрөң аймак LOIS иммундук жооп бир аз кыскарган экенин көрсөтүп, иммундук жооп билдирет.Мындан тышкары, LOIS менен IL-6 туюнтмасы стерилдүү жылаңач (Figure 5F) терс билдирүү караганда бир кыйла аз болгон.Цитокиндин экспрессиясы цитокинге туура келген антитело боёо аянтын өлчөө жолу менен аныкталды (сүрөт 5G).Терс импланттарга дуушар болгон коёндор менен салыштырганда, LOIS имплантацияланган коёндордун экспрессия деңгээли төмөн болуп, олуттуу айырманы көрсөттү.Цитокиндердин экспрессиясынын азайышы LOISтин узак мөөнөттүү, туруктуу булганууга каршы касиеттери бактериялык инфекцияларды токтотуу менен гана эмес, ошондой эле субстратка жабышкан макрофагдар (53, 57 , 58).Ошондуктан, LOISтин иммундук качуу касиеттеринен улам төмөндөгөн иммундук жооп имплантациядан кийинки терс таасирлерди чечиши мүмкүн, мисалы, пластикалык хирургиядан кийин ашыкча иммундук жооп.
(A) Инфекцияланган ортопедиялык импланттын бетинде биопленканын пайда болуу жана жайылуу механизминин схемалык схемасы.eDNA, клеткадан тышкаркы ДНК.(B) ортопедиялык имплантат салуудан кийин иммундук жооп схемалык диаграмма.(C) H & E боёо жана (D) жылаңач оң жана LOIS менен ортопедиялык импланттардын курчап турган ткандардын MT боёк.Иммундук-байланыштуу цитокиндердин IHC (E) TNF-α жана (F) IL-6 жылаңач-терс жана LOIS имплантацияланган коёндордун боёлгон сүрөттөрү.(G) аймакты камтуу өлчөө менен цитокин туюнтмасын сандык аныктоо (** P <0.01).
LOIS био шайкештиги жана анын сөөк айыктыруу процессине тийгизген таасири диагностикалык сүрөттү [рентген жана микрокомпьютердик томография (КТ)] жана остеокласт IHC колдонуу менен in vivo изилденген.Сүрөт 6А үч түрдүү этапты камтыган сөөктүн айыгуу процессин көрсөтөт: сезгенүү, оңдоо жана кайра куруу.Сынык пайда болгондо сезгенүү клеткалары жана фибробласттар сынган сөөккө кирип, кан тамыр тканына өсө баштайт.Оңдоо фазасында кан тамыр кыртышынын ичегиси сынган жерге жакын жайылып кетет.Кан тамыр ткандары каллус деп аталган жаңы сөөктүн пайда болушу үчүн азыктарды берет.Сөөктүн айыгуу процессинин акыркы этабы болуп ремоделизация стадиясы саналат, мында каллустун көлөмү активдештирилген остеокласттардын деңгээлин жогорулатуунун жардамы менен кадимки сөөктүн өлчөмүнө чейин кичирейет (59).Үч өлчөмдүү (3D) сынган жерди реконструкциялоо ар бир топто каллус пайда болуу деңгээлиндеги айырмачылыктарды байкоо үчүн микро-КТ сканерлөөнүн жардамы менен аткарылган.Сынган сөөктү курчап турган каллустун калыңдыгын байкоо үчүн сан сөөгүнүн кесилишин байкаңыз (6-сүрөт, В жана В).Рентген нурлары, ошондой эле ар бир топтун ар кандай сөөк калыбына келтирүү жараяндарды байкоо үчүн жума сайын бардык топтордун сынган жерлерди изилдөө үчүн колдонулган (Figure S9).Каллус жана жетилген сөөктөр тиешелүүлүгүнө жараша көк/жашыл жана пил сөөгү менен көрсөтүлгөн.Көпчүлүк жумшак ткандар алдын ала белгиленген босого менен чыпкаланат.Жылаңач оң жана SHP сынган жердин айланасында аз сандагы каллус пайда болгонун тастыктады.Башка жагынан алганда, LOIS ачык терс жана сынык сайты коюу каллус менен курчалган.Микро-КТ сүрөттөрү каллустун пайда болушуна бактериялык инфекция жана инфекция менен байланышкан сезгенүү тоскоол болгонун көрсөттү.Бул иммундук система сөөк калыбына келтирүү эмес, инфекция менен байланышкан сезгенүү менен шартталган септикалык жаракаттарды айыктырууга артыкчылык берет (60).IHC жана Tartrate-резиденттүү кислота фосфатаза (TRAP) боёосу остеокласт активдүүлүгүн жана сөөктүн резорбциясын байкоо үчүн аткарылган (Figure 6D) (61).Жылаңач оң жана SHP менен кызгылт көк түскө боёлгон бир нече активдештирилген остеокласттар гана табылган.Башка жагынан алганда, LOIS жылаңач оң жана жетилген сөөктөрдүн жанында көптөгөн активдештирилген остеокласттар байкалган.Бул кубулуш остеокласттардын катышуусунда сынган жердин тегерегиндеги каллус катуу ремоделизация процессинен өтүп жатканын көрсөтөт (62).Сөөктүн көлөмү жана каллустун остеокластын экспрессия аймагы микро-КТ сканерлөө жана IHC натыйжаларын сандык аныктоо үчүн бардык топтордо сынган жердин айланасында каллус пайда болуу деңгээлин салыштыруу үчүн өлчөнгөн (сүрөт 6E, 1 жана 2).Күтүлгөндөй, LOISтеги жылаңач терс жана каллус пайда болушу башка топторго караганда бир кыйла жогору болгон, бул сөөктүн оң ремоделизациясы болгонун көрсөтүп турат (63).Сүрөт S10 хирургиялык сайттын оптикалык сүрөтүн, бурама жанында чогулган кыртыштын MT боёонун натыйжасын жана бурама-сөөк интерфейсин баса белгилеген TRAP боёонун натыйжасын көрсөтөт.Жылаңач субстратта күчтүү каллус жана фиброздун пайда болушу байкалган, ал эми LOIS менен дарыланган имплант салыштырмалуу жабышпаган бетти көрсөткөн.Ошо сыяктуу эле, жылаңач негативдерге салыштырмалуу, ак жебелер менен көрсөтүлгөндөй, LOIS имплантацияланган коёндордо төмөнкү фиброз байкалган.Мындан тышкары, катуу шишик (көк жебе) LOIS иммундук качуу касиеттери менен байланыштуу болушу мүмкүн, ошону менен катуу сезгенүүнү азайтат.Импланттын айланасындагы жабышпаган бети жана фиброздун азайышы алып салуу процессинин жеңил экенин көрсөтүп турат, бул көбүнчө башка сыныктарга же сезгенүүгө алып келет.Бурама алып салгандан кийин сөөктүн айыгуу процесси бурама-сөөк интерфейсиндеги остеокласт активдүүлүгү менен бааланган.Жылаңач сөөк да, LOIS импланттын интерфейси да сөөктүн андан ары айыгуусу үчүн остеокласттардын окшош деңгээлин сиңирип алган, бул LOIS каптоосу сөөктүн айыгышына же иммундук реакцияга терс таасирин тийгизбейт.LOIS жасалган беттик модификация сөөк айыктыруу жараянына тоскоол эмес экенин тастыктоо үчүн, рентген экспертиза ачык терс иондор жана LOIS имплантация 6 жума менен коёндордун сөөк айыгышын салыштыруу үчүн колдонулган (Figure 6F).Натыйжалар инфекцияланбаган жылаңач оң топ менен салыштырганда, LOIS сөөктүн айыгышынын бирдей даражасын көрсөткөн жана эки топто тең сыныктын ачык белгилери (үзгүлтүксүз остеолиз сызыгы) жок экенин көрсөттү.
(A) Сыныктан кийин сөөктүн айыгуу процессинин схемалык диаграммасы.(B) Ар бир беттик топтун каллус пайда болуу даражасынын айырмасы жана (C) сынган жердин кесилишинин сүрөтү.(D) Остеокласт активдүүлүгүн жана сөөктүн резорбциясын көрүү үчүн TRAP боёо.TRAP ишинин негизинде, кортикалдык сөөктүн тышкы каллус пайда болушу (E) (1) микро-КТ жана (2) остеокласт активдүүлүгү менен сандык жактан талданган.(F) имплантациядан 6 жума өткөндөн кийин, ачык терс (кызыл сызык тик бурчтук менен белгиленген) жана LOIS (көк сызык тик бурчтук менен белгиленген) сынган сөөктүн рентген сүрөттөрү.Статистикалык талдоо дисперсиянын бир жактуу анализи (ANOVA) аркылуу жүргүзүлдү.* P <0,05.** P <0,01.
Кыскача айтканда, LOIS антибактериалдык инфекция стратегиясынын жаңы түрүн жана ортопедиялык имплантаттар үчүн иммундук жабууну камсыз кылат.SHP функционализациясы бар кадимки ортопедиялык имплантаттар кыска мөөнөттүү анти-биологиялык касиеттерди көрсөтөт, бирок өз касиеттерин узак убакытка сактай албайт.Субстраттын супергидрофобдугу бактериялар менен субстраттын ортосундагы аба көбүкчөлөрүн кармап, ошону менен аба чөнтөктөрүн түзүп, бактериялык инфекциянын алдын алат.Бирок абанын диффузиясынан улам бул аба чөнтөктөрү оңой чыгарылат.Башка жагынан алганда, LOIS биофильмдер менен байланышкан инфекциялардын алдын алуу жөндөмүн далилдеди.Ошондуктан, катмарлуу микро/нано структурасынын бетине сайылган майлоочу катмардын баш тартууга каршы касиеттеринен улам инфекцияга байланыштуу сезгенүүнү алдын алууга болот.LOIS өндүрүш шарттарын оптималдаштыруу үчүн, анын ичинде SEM, AFM, XPS жана CA өлчөөлөрүнүн ар кандай мүнөздөмө ыкмалары колдонулат.Мындан тышкары, LOIS, ошондой эле, адатта, ортопедиялык бекитүү жабдууларда колдонулган ар кандай биологиялык материалдар, мисалы, PLGA, Ti, PE, POM жана PPSU катары колдонулушу мүмкүн.Андан кийин, LOIS иммундук жооп менен байланышкан бактерияларга жана биологиялык заттарга каршы анын анти-биологиялык касиеттерин далилдөө үчүн in vitro сыноодон өттү.Натыйжалар жылаңач имплантацияга салыштырмалуу эң сонун антибактериалдык жана анти-биологиялык эффекттерге ээ экенин көрсөтүп турат.Мындан тышкары, LOIS пластикалык хирургияда сөзсүз түрдө механикалык стрессти колдонгондон кийин да механикалык күчтү көрсөтөт.Майлоочу майдын микро/нано структурасынын бетиндеги өзүн-өзү айыктыруучу касиеттеринен улам, LOIS биологиялык булганууга каршы касиеттерин ийгиликтүү сактап калды.LOIS in vivo био шайкештигин жана антибактериалдык касиеттерин изилдөө үчүн LOIS коёндун жамбаш сөөгүнө 4 жума бою имплантацияланган.LOIS имплантацияланган коёндордо бактериялык инфекция байкалган эмес.Мындан тышкары, IHC колдонуу LOIS сөөк айыктыруу жараянын тоскоол эмес экенин көрсөтүп, жергиликтүү иммундук жооп кыскарган деъгээлин көрсөттү.LOIS эң сонун антибактериалдык жана иммундук качуу касиеттерин көрсөтөт жана ортопедиялык хирургиянын алдында жана учурунда, айрыкча сөөк синтези үчүн биофильмдин пайда болушун эффективдүү алдын алуу үчүн далилденген.Коендун жилик чучугунун сезгенүү жамбаш сөөгүнүн сыныгынын моделин колдонуу менен, алдын ала инкубацияланган имплантаттар менен шартталган сөөктүн айыгуу процессине биофильм менен байланышкан инфекциялардын таасири терең изилденген.Келечектеги изилдөө катары жаңы in vivo модели бүт айыктыруу процессинде биофильмге байланышкан инфекцияларды толук түшүнүү жана алдын алуу үчүн имплантациядан кийин мүмкүн болгон инфекцияларды изилдөө үчүн керек.Мындан тышкары, остеоиндукция дагы эле LOIS менен интеграциялоодо чечилбеген көйгөй болуп саналат.Кыйынчылыктарды жеңүү үчүн остеоиндуктивдүү клеткалардын тандалма адгезиясын же регенеративдик медицинаны LOIS менен айкалыштыруу үчүн кошумча изилдөө керек.Жалпысынан алганда, LOIS SSI жана иммундук терс таасирлерин азайта ала турган механикалык бышыктыгы жана эң сонун анти-биологиялык касиеттери бар келечектүү ортопедиялык имплант каптоосун билдирет.
15 мм x 15 мм x 1 мм 304 SS субстратын (Dong Kang M-Tech Co., Корея) ацетон, EtOH жана DI суусуна 15 мүнөт жууп, булгоочу заттарды жок кылыңыз.Бетинде микро/нано-деңгээлдеги структураны түзүү үчүн, тазаланган субстрат 48% дан 51%га чейин HF эритмесине (DUKSAN Corp., Түштүк Корея) 50°Cде чөмүлдүрүлөт.Оюту убактысы 0дөн 60 мүнөткө чейин өзгөрөт.Андан кийин, чийилген субстрат деионизацияланган суу менен тазаланып, бетинде хром оксидин пассивациялоочу катмарды түзүү үчүн 50°C 65% HNO3 (Korea DUKSAN Corp.) эритмесинде 30 мүнөткө жайгаштырылды.Пассивациядан кийин субстрат деионизацияланган суу менен жуулат жана катмарлуу структуралуу субстрат алуу үчүн кургатылат.Андан кийин субстрат кычкылтек плазмасына (100 Вт, 3 мүнөт) тийип, дароо 8,88 мМ POTS (Сигма-Олдрих, Германия) эритмесинде толуолдун бөлмө температурасында 12 саатка чөмүлдүрүлгөн.Андан кийин, POTS менен капталган субстрат EtOH менен тазаланып, тыгыз POTS SAM алуу үчүн 150°C 2 саатка күйдүрүлдү.SAM каптагандан кийин, жүктөө көлөмү 20 мкм/см 2 болгон перфторполиэтер майлоочу майын (Krytox 101; DuPont, АКШ) колдонуу аркылуу субстратта майлоочу катмар түзүлдү. Колдонуудан мурун майлоочу майды 0,2 микрон фильтрден чыпкалаңыз.Ашыкча майлоочу майды 15 мүнөткө 45° бурчта эңкейтип алып салыңыз.Ушундай эле өндүрүш процедурасы 304 SS (кулпулоочу пластинка жана кортикалдык кулпу бурама; Dong Kang M-Tech Co., Корея) жасалган ортопедиялык имплантаттар үчүн колдонулган.Бардык ортопедиялык имплантаттар коёндун сан сөөгүнүн геометриясына ылайыкташкан.
Субстраттын жана ортопедиялык импланттардын беттик морфологиясы талаа эмиссиясы SEM (Inspect F50, FEI, АКШ) жана AFM (XE-100, Park Systems, Түштүк Корея) тарабынан текшерилген.Беттин бүдүрлүүлүгү (Ra, Rq) 20 мкм аянтты 20 мкм (n=4) көбөйтүү жолу менен өлчөнөт.Беттин химиялык курамын талдоо үчүн 100μm2 так өлчөмү менен Al Kα рентген булагы менен жабдылган XPS (PHI 5000 VersaProbe, ULVAC PHI, Япония) системасы колдонулган.Динамикалык сүрөт тартуу камерасы (SmartDrop, FEMTOBIOMED, ​​Түштүк Корея) менен жабдылган CA өлчөө системасы суюк CA жана SA өлчөө үчүн колдонулган.Ар бир өлчөө үчүн 6-10 мкл тамчылар (деионизацияланган суу, жылкы каны, EG, 30% этанол жана HD) CA өлчөө үчүн бетине коюлат.Субстраттын эңкейиш бурчу 2°/с ылдамдыкта өскөндө (n = 4), тамчы түшкөндө SA өлчөнөт.
Pseudomonas aeruginosa [American Type Culture Collection (ATCC) 27853] жана MRSA (ATCC 25923) ATCCден (Манассас, Вирджиния, АКШ) сатылып алынган жана запас маданияты -80°Cде сакталган.Колдонуунун алдында тоңдурулган культура трипсин менен эриген соя сорпосунда (Комед, Корея) 18 саатка 37°C инкубацияланган жана андан кийин аны активдештирүү үчүн эки жолу которулган.Инкубациядан кийин культура 10 000 айн/мин ылдамдыкта 10 мүнөт 4°C центрифугаланган жана PBS (рН 7,3) эритмеси менен эки жолу жуулган.Центрифугаланган культура андан кийин кан агары пластинкаларында (BAP) субкультураланат.MRSA жана Pseudomonas aeruginosa түн ичинде даярдалып, Лурия-Бертани сорпосу менен өстүрүлдү.Инокуляциядагы Pseudomonas aeruginosa жана MRSA концентрациясы агарда сериялык суюлтуулардагы суспензиянын CFU тарабынан сандык түрдө аныкталган.Андан кийин, бактерия концентрациясын 0,5 Макфарленд стандартына тууралаңыз, бул 108 CFU/млге барабар.Андан кийин жумушчу бактериялык суспензияны 100 жолу 106 CFU/мл чейин суюлтуңуз.Антибактериалдык адгезия касиеттерин текшерүү үчүн субстрат колдонуудан 15 мүнөт мурун 121°C температурада стерилизацияланган.Андан кийин субстрат 25 мл бактериялык суспензияга которулуп, 37°C температурада 12 жана 72 саат бою катуу чайкоо (200 айн/мин) менен инкубацияланды.Инкубациядан кийин ар бир субстрат инкубатордон чыгарылып, бетиндеги калкып жүрүүчү бактерияларды жок кылуу үчүн PBS менен 3 жолу жуулду.Субстраттагы биопленканы байкоо үчүн биоплёнканы метанол менен бекитип, 1 мл кримидин кызгылт сары менен 2 мүнөткө боёшту.Андан кийин флуоресценттик микроскоп (BX51TR, Olympus, Япония) боёлгон биофильмди сүрөткө тартуу үчүн колдонулган.Субстраттагы биофильмдин санын аныктоо үчүн, тиркелген клеткалар субстраттан мончок вортекс ыкмасы менен бөлүнгөн, бул жабышкан бактерияларды жок кылуу үчүн эң ылайыктуу ыкма деп эсептелген (n = 4).Стерилдүү кычкачтарды колдонуу менен, өсүү чөйрөсүнөн субстрат алып салуу жана ашыкча суюктукту алып салуу үчүн кудуктун плитасын таптаңыз.Эркин тиркелген клеткалар стерилдүү PBS менен эки жолу жууп алынып салынды.Андан кийин ар бир субстрат 9 мл 0,1% белок эпт тузу (PSW) жана 2 г 20-25 стерилдүү айнек мончоктору (диаметри 0,4-0,5 мм) камтыган стерилдүү пробиркага өткөрүлдү.Андан кийин клеткаларды үлгүдөн ажыратуу үчүн 3 мүнөт вортекстелген.Уюлдатуудан кийин суспензия 0,1% PSW менен 10 эсе суюлтулган, андан кийин ар бир суюлтуунун 0,1 мл BAPга себилген.37°C 24 саат инкубациялоодон кийин КФУ кол менен эсептелген.
Клеткалар үчүн чычкан фибробласттары NIH/3T3 (CRL-1658; American ATCC) жана чычкан макрофагдары RAW 264,7 (TIB-71; American ATCC) колдонулган.Чычкан фибробласттарын өстүрүү үчүн Дулбекконун өзгөртүлгөн Eagle чөйрөсүн (DMEM; LM001-05, Welgene, Корея) колдонуңуз жана 10% музоо сывороткасы (S103-01, Welgene) жана 1% пенициллин-стрептомицин (PS; LS202-02, Welgene) менен толуктаңыз. 10% түйүлдүктүн сывороткасы (S001-01, Welgene) жана 1% PS менен толукталган чычкан макрофагдарын өстүрүү үчүн DMEMди колдонуңуз. клеткалар 37 ° C жана 5% CO2 түнү инкубациялоо үчүн, клеткалар 20 мүнөт 4% параформальдегид менен белгиленген жана 50 nM тетраметилродамин менен субстрат чөмүлүү 0,5% Triton X Incuate 37°C 30 мүнөт инкубациялоо процессинен кийин, 4′,6-диамино-2-фенилиндол (H -1200, Vector Laboratories, Улуу Британия) VECTASHIELD фиксациялоочу чөйрөнү колдонуңуз (клетка үчүн n = 4). , fluorescein, fluorescein isothiocyanate-albumin (A9771, Sigma-Aldrich, Германия) жана адамдын плазмасы Alexa Fluor 488-конъюгацияланган фибриноген (F13191, Invitrogen, АКШ) PBS (10 mM, pH 7) менен эриди.Альбумин менен фибриногендин концентрациясы тиешелүүлүгүнө жараша 1 жана 150 мкг/мл болгон.субстрат кийин Протеин эритмесинде чөмүлүү алдында, аларды PBS менен чайкап, бетин rehydrate.Андан кийин бардык субстраттарды белок эритмеси бар алты көзөнөктүү табакка салып, 37°C температурада 30 жана 90 мүнөт инкубациялаңыз.Инкубациядан кийин субстрат протеин эритмесинен чыгарылып, PBS менен 3 жолу акырын жууп, 4% параформальдегид менен бекитилди (ар бир белок үчүн n = 4).Кальций үчүн натрий хлориди (0,21 М) жана калий фосфаты (3,77 мМ) ) деионизацияланган сууда эриди.эритменин рН гидрохлорид эритмеси (1M) кошуу менен 2,0 чейин жөнгө салынды.Андан кийин кальций хлориди (5,62 мМ) эритмеде эриди.1M tris(hydroxymetyl)-amino метан кошуу менен эритменин рН 7,4 чейин тууралайт.Бардык субстраттарды 1,5× кальций фосфат эритмеси менен толтурулган алты көзөнөктүү пластинкага салып, 30 мүнөттөн кийин эритмеден чыгарыңыз.Боёо үчүн 2 г Alizarin Red S (CI 58005) 100 мл деионизацияланган суу менен аралаштырыңыз.Андан кийин, рНды 4кө тууралоо үчүн 10% аммоний гидроксиди колдонуңуз. Субстратты Ализарин Кызыл эритмеси менен 5 мүнөт боёп, андан кийин ашыкча боёкту чайкап, тазалаңыз.чайкагандан кийин, субстрат алып салуу.Материал суусуздандырылат, андан кийин ацетонго 5 минутка чөмүлдүрүлөт, андан кийин ацетон-ксилол (1:1) эритмесинде 5 мүнөткө салынып, акырында ксилол менен жуулат (n = 4).×10 жана ×20 объективдүү линзалары бар флуоресценттик микроскоп (Axio Imager) колдонулат..A2m, Zeiss, Германия) бардык субстраттарды сүрөттөйт.ImageJ/FIJI (https://imagej.nih.gov/ij/) төрт түрдүү сүрөт аймактарынын ар бир тобуна биологиялык заттардын адгезия маалыматтарын сандык аныктоо үчүн колдонулган.Бардык сүрөттөрдү субстратты салыштыруу үчүн белгиленген босогосу бар бинардык сүрөттөргө айландырыңыз.
Чагылтуу режиминде PBSтеги майлоочу катмардын туруктуулугун көзөмөлдөө үчүн Zeiss LSM 700 конфокалдык микроскоп колдонулган.Майлоочу катмары бар фтор негизиндеги SAM капталган айнек үлгүсү PBS эритмесине чөмүлдүрүлүп, орбиталык чайкоочу (SHO-1D; Daihan Scientific, Түштүк Корея) менен жумшак титирөө шарттарында (120 айн/мин) сыналган.Андан кийин үлгүнү алып, чагылган жарыктын жоголушун өлчөө менен майлоочу майдын жоголушуна көз салыңыз.Чагылтуу режиминде флуоресценттик сүрөттөрдү алуу үчүн үлгү 633 нм лазерге дуушар болуп, андан кийин чогултулат, анткени жарык үлгүдөн кайра чагылат.Үлгүлөр 0, 30, 60 жана 120 сааттык убакыт аралыгы менен өлчөнгөн.
Беттик модификация процессинин ортопедиялык импланттардын наномеханикалык касиеттерине тийгизген таасирин аныктоо үчүн наноиндедионду өлчөө үчүн үч тараптуу пирамида түрүндөгү Беркович алмаз учу менен жабдылган наноиндентер (TI 950 TriboIndenter, Hysitron, АКШ) колдонулган.Чокусу жүк 10 мН жана аянты 100μmx 100μm.Бардык өлчөөлөр үчүн жүктөө жана түшүрүү убактысы 10 с, ал эми эң жогорку чегинүү жүктө кармоо убактысы 2 с.Беш башка жерден өлчөөлөрдү алып, орточосун алыңыз.Жүктөө астында механикалык бекемдиктин көрсөткүчтөрүн баалоо үчүн универсалдуу сыноочу машинанын (Instron 5966, Instron, АКШ) жардамы менен туурасынан үч чекиттүү ийилүүчү сыноо жүргүзүлгөн.субстрат 10 Н/с туруктуу ылдамдыкта кысылып, жүк жогорулаган.Bluehill Universal программалык программасы (n = 3) ийилүүчү модулду жана максималдуу кысуу стрессин эсептөө үчүн колдонулган.
Операция процессин жана ага байланыштуу механикалык зыянды симуляциялоо үчүн операция процесси in vitro режиминде жүргүзүлгөн.Жамбаш сөөктөрү өлүм жазасына тартылган Жаңы Зеландиялык ак коёндордон чогултулган.Жамбаш сөөгү тазаланып, 4% параформальдегидде 1 жумага бекитилди.Жаныбарлардын эксперимент ыкмасы сүрөттөлгөндөй, туруктуу сан сөөгү хирургиялык жол менен жасалган.Операциядан кийин ортопедиялык имплант канга (жылкынын каны, KISAN, Корея) чөмүлдүрүлүп, механикалык жаракат колдонулгандан кийин кандын адгезиясы болгон-болбогондугун тастыктоо үчүн 10 секундга чөмүлдүрүлгөн (n = 3).
Жаңы Зеландиянын 24 эркек ак коёндору (салмагы 3,0-3,5 кг, орточо жашы 6 ай) туш келди төрт топко бөлүнгөн: жылаңач терс, жылаңач оң, SHP жана LOIS.Жаныбарларды камтыган бардык процедуралар Жаныбарларды багуу жана пайдалануу боюнча мекемелик комитетинин этикалык стандарттарына ылайык аткарылган (IACUC бекитилген, KOREA-2017-0159).Ортопедиялык имплант сыныктарды бекитүү үчүн беш тешиги (узундугу 41 мм, туурасы 7 мм жана калыңдыгы 2 мм) жана кортикалдык бекитүүчү бурамалар (узундугу 12 мм, диаметри 2,7 мм) менен бекитүүчү пластинкадан турат.Жалаң-терс топто колдонулган плиталар жана бурамалардан башка бардык плиталар жана бурамалар MRSA суспензиясында (106 CFU/мл) 12 саатка инкубацияланган.Жылаңач-терс топ (n = 6) инфекция үчүн терс контроль катары, бактериялык суспензияга дуушар болбостон жылаңач беттик имплантаттар менен дарыланган.Жылаңач оң топ (n = 6) инфекция үчүн оң контроль катары бактерияларга дуушар болгон жылаңач беттик имплант менен мамиле кылынды.SHP тобу (n = 6) бактериялык дуушар болгон SHP имплантаттары менен дарыланган.Акыр-аягы, LOIS тобу бактериялык дуушар болгон LOIS имплантаттары менен дарыланган (n = 6).Бардык мал тордо багылып, тамак-аш, суу арбын берилет.Операцияга чейин коёндорду 12 саат ачкан.Жаныбарлар индукция үчүн ксилазинди (5 мг/кг) булчуңга инъекциялоо жана паклитакселди (3 мг/кг) венага киргизүү жолу менен анестезиялашты.Андан кийин, анестезия сактоо үчүн дем алуу системасы аркылуу 2% isoflurane жана 50% 70% медициналык кычкылтек (агымынын ылдамдыгы 2 L / мин) жеткирүү.Бул каптал сан сөөгүнө түздөн-түз мамиле аркылуу имплантацияланат.Терини чач алып, повидон-йод менен дезинфекциялоодон кийин сол ортонку сан сөөгүнүн сыртынан узундугу 6 смдей кесилген.Жамбаш сөөгүн каптаган булчуңдардын ортосундагы боштукту ачуу менен сан сөөгү толук ачылат.Пластинканы жамбаш сөөгүнүн алдына коюп, төрт бурагыч менен бекитиңиз.Фиксациялангандан кийин, экинчи тешик менен төртүнчү тешиктин ортосундагы тилкеде жасалма жол менен сынык түзүү үчүн арааны (калыңдыгы 1 мм) колдонуңуз.Операция аяктагандан кийин жараны туз менен жууп, тигиш менен жабуу керек.Ар бир коёнго тери астына энрофлоксацин (5 мг/кг) туздуу эриндин үчтөн бир бөлүгүндө суюлтулган.Сөөктүн остеотомиясын тастыктоо үчүн бардык жаныбарларда (0, 7, 14, 21, 28 жана 42 күн) сан сөөгүнүн операциядан кийинки рентгенографиясы алынды.Терең наркоздон кийин бардык жаныбарлар 28 жана 42 күн ичинде тамырга KCl (2 ммоль/кг) менен өлтүрүлгөн.Аткаруудан кийин, жамбаш сөөгү микро-КТ менен сканерленген жана төрт топтун ортосундагы сөөктүн айыгуу процессин жана жаңы сөөктүн пайда болушун байкоо жана салыштыруу.
Аткаруудан кийин ортопедиялык имплантаттар менен түздөн-түз байланышта болгон жумшак ткандар чогултулган.Кыртыш түнү бою 10% нейтралдуу буфердик формалинге бекитилип, андан кийин EtOHде суусуздандырылды.Кургатылган кыртыш парафинге салынып, микротомдун (400CS; EXAKT, Германия) жардамы менен 40 мкм калыңдыкта кесилген.Инфекцияны визуализациялоо үчүн H&E боёгу жана МТ боёгу жасалды.Хосттун жообун текшерүү үчүн кесилген кыртыш коёнго каршы TNF-α негизги антителосу (AB6671, Abcam, АКШ) жана коёнго каршы IL-6 (AB6672; Abcam, АКШ) менен инкубацияланган, андан кийин хрен менен дарыланган.Оксидаза.Өндүрүүчүнүн көрсөтмөлөрүнө ылайык бөлүмдөргө avidin-biotin комплекси (ABC) боёо системасын колдонуңуз.Күрөң реакция продуктусу катары көрүнүү үчүн бардык бөлүктөрүндө 3,3-диаминобензидин колдонулган.Бардык кесимдерди визуализациялоо үчүн санарип слайд сканери (Pannoramic 250 Flash III, 3DHISTECH, Венгрия) колдонулган жана ар бир топтогу кеминде төрт субстрат ImageJ программасы менен талданган.
Рентген сүрөттөрү операциядан кийин бардык жаныбарларга жана сыныктардын айыгышын көзөмөлдөө үчүн жума сайын алынган (n = 6 топко).Аткаруудан кийин, айыккандан кийин жамбаш сөөгүнүн айланасында каллус пайда болушун эсептөө үчүн жогорку чечилиштеги микро-КТ колдонулган.Алынган жамбаш сөөгү тазаланып, 4% параформальдегидде 3 күн бекитилип, 75% этанолдо суусуздандырылды.Андан кийин суусузданган сөөктөр микро-КТ (SkyScan 1173, Brooke Micro-CT, Канди, Бельгия) аркылуу сканерден өтүп, сөөк үлгүсүнүн 3D вокселдик сүрөттөрүн (2240×2240 пиксель) түзүшкөн.Сигналдын ызы-чуусун азайтуу үчүн 1,0 мм Al чыпкасын колдонуңуз жана бардык сканерлөөлөргө жогорку резолюцияны колдонуңуз (E = 133 kVp, I = 60 мкА, интеграция убактысы = 500 мс).Nrecon программасы (1.6.9.8 версиясы, Bruker microCT, Kontich, Бельгия) алынган 2D каптал проекциясынан сканерленген үлгүнүн 3D көлөмүн түзүү үчүн колдонулган.Талдоо үчүн 3D реконструкцияланган сүрөт сынган жерге ылайык 10мм×10мм×10мм кубга бөлүнөт.Кортикалдык сөөктүн сыртындагы каллусту эсептеңиз.Сканерленген сөөк көлөмүн санариптик түрдө кайра багыттоо үчүн DataViewer (версия 1.5.1.2; Bruker microCT, Kontich, Бельгия) программасы, ал эми талдоо үчүн CT-Analyzer (1.14.4.1 версиясы; Bruker microCT, Kontich, Бельгия) программасы колдонулган.Жетилген сөөк менен каллустагы рентген нурларынын салыштырмалуу жутуу коэффициенттери алардын тыгыздыгы менен айырмаланат, андан кийин каллустун көлөмү сандык аныкталат (n = 4).LOISтин био шайкештиги сөөктүн айыгуу процессин кечиктирбестигин тастыктоо үчүн эки коёндо кошумча рентген жана микро-КТ анализи жүргүзүлгөн: жылаңач-терс жана LOIS топтору.Эки топ тең 6-жумада өлүм жазасына тартылган.
Курмандыкка чалынган малдын жамбаш сөөгүн чогултуп, 4% параформальдегидге 3 күн бою бекитишти.Андан кийин ортопедиялык имплант жамбаш сөөгүнөн кылдат чыгарылат.Жамбаш сөөгү 0,5 М EDTA (EC-900, Улуттук диагностика корпорациясы) колдонуу менен 21 күн бою кальцификацияланган.Андан кийин декальцификацияланган сан сөөгүн суусуздандыруу үчүн EtOH чөмүлдүрүлгөн.Кургатылган сан сөөгү ксилолдо алынып, парафинге салынган.Андан кийин үлгү автоматтык айланма микротом (Leica RM2255, Leica Biosystems, Германия) менен 3 мкм калыңдыгы менен кесилген.TRAP менен боёо үчүн (F6760, Sigma-Oldrich, Германия) кесилген үлгүлөр парафинден ажыратылды, регидратацияланды жана TRAP реагентинде 37°C температурада 1 саатка инкубацияланды.Сүрөттөр слайд сканеринин жардамы менен алынган (Pannoramic 250 Flash III, 3DHISTECH, Венгрия) жана боёлгон аймактын камтуулугун өлчөө аркылуу сандык бааланган.Ар бир экспериментте, ар бир топто кеминде төрт субстрат ImageJ программасы менен талданган.
Статистикалык мааниге талдоо GraphPad Prism (GraphPad Software Inc., АКШ) аркылуу жүргүзүлдү.Баалоо топторунун ортосундагы айырмачылыктарды текшерүү үчүн жупташтырылбаган t-тест жана дисперсиянын бир тараптуу анализи (ANOVA) колдонулган.Маанилүүлүк деңгээли сүрөттө төмөнкүдөй көрсөтүлгөн: *P<0,05, **P<0,01, ***P<0,001 жана ****P<0,0001;NS, олуттуу айырма жок.
Бул макала үчүн кошумча материалдарды http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/44/eabb0025/DC1 караңыз.
Бул Creative Commons Attribution-Коммерциялык эмес Лицензиясынын шарттарына ылайык таратылган ачык кирүү макаласы, аны каалаган чөйрөдө колдонууга, жайылтууга жана кайра чыгарууга мүмкүндүк берет, эгерде колдонуу коммерциялык пайда үчүн болбосо жана оригиналдуу болуп саналат. иш туура.Шилтеме.
Эскертүү: Биз сизден электрондук почта дарегин көрсөтүүнү гана суранабыз, андыктан сиз баракчага сунуштаган адам сиздин электрондук катты көрүшүн каалап жатканыңызды жана электрондук почта спам эмес экенин билиши үчүн.Биз эч кандай электрондук почта даректерин басып албайт.
Бул суроо сиздин адам экениңизди текшерүү жана автоматтык түрдө спам жөнөтүүнү алдын алуу үчүн колдонулат.
Чо Кён Мин, О Янг Джан, Пак Джун Джун, Ли Джин Хёк, Ким Хён Чол, Ли Кын Мун, Ли Чанг Кю, Ли Ён Тэк, Ли Сун Ук, Чон Моруи
Ортопедиялык импланттардын антибактериалдык жана иммундук каптамалары инфекцияларды жана инфекциялардан келип чыккан иммундук жоопторду азайтат.
Чо Кён Мин, О Янг Джан, Пак Джун Джун, Ли Джин Хёк, Ким Хён Чол, Ли Кын Мун, Ли Чанг Кю, Ли Ён Тэк, Ли Сун Ук, Чон Моруи
Ортопедиялык импланттардын антибактериалдык жана иммундук каптамалары инфекцияларды жана инфекциялардан келип чыккан иммундук жоопторду азайтат.
©2021 Илимди өнүктүрүү боюнча Америка Ассоциациясы.Бардык укуктар корголгон.AAAS HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef жана COUNTERдин өнөктөшү.ScienceAdvances ISSN 2375-2548.