Aegris enim chirurgicam orthopaedicam sustinentes, bacterial contagio et infectiones responsiones immunes effecerunt, semper pericula vitae minaces fuerunt.Materiae conventionales biologicae obnoxiae sunt contagione biologicae, quae bacteria in area laesa invadendi et infectio postoperativam causat.Ergo perurget necessitas evolvere anti-infection et immunem evadendi coatings pro implantationibus orthopaedicis.Hic technologiae superficiem progressam modificationis technologiarum orthopaedicarum orthopaedicarum inditarum quae vocatur Lubricatae Surface orthopaedicae implantatae (LOIS), quae a superficie urcei plantae lagenae leni incitatur.LOIS habet diuturnam et validam repellentiam liquorum variis substantiis liquidis et biologicis (inclusis cellis, proteinis, calcium et bacteria).Praeterea confirmavimus durabilitatem mechanicam contra exasperat et vim figendi simulando damnum inevitabile in vitro chirurgiae.Medulla ossis lepus inflammatoriae fracturae femoris exemplar adhibitum est ad pervestigandum anti-biologicae scalae et anti-infectio facultatis LOIS.Animadvertimus LOIS, quae proprietates anti-biofouling et durabilitatem mechanicam habet, gradum progredi in infectione chirurgiae liberae orthopaedicae.
Hodie, ob altiorem senectutem, numerus aegrotorum morborum orthopaeticorum laborantium (veluti fracturae senes, articularium morborum degenerativi et osteoporosis) multum auctus est (1, 2).Ideo institutiones medicae magni momenti sunt chirurgiae orthopaedicae, inclusae orthopaedicae implantatorum cochlearum, laminarum, clavium et artuum artificialium (3, 4).Autem, traditionum orthopaedicarum implantatorum nuntiata sunt susceptibiles adhaesionem bacterial et formationis biofilm, quae infectio chirurgicam situs (SSI) post chirurgicam causare potest (V, 6).Postquam biofilm in superficie implantationis orthopaedicae formatur, remotio biofilm difficilis fit etiam cum magnarum dosibus antibioticorum usu.Ideo plerumque inducunt infectiones postoperativas graves (7, 8).Ob quaestiones praedictas, curatio infectarum implantatorum includit refectio, etiam amotionem omnium implantatorum et textuum circumiacentium;ergo patienter gravi dolore et periculis patietur (IX, 10).
Ad solvendas quasdam has difficultates, orthopaedicae implantationes medicamento-eluting orthopaedicae ortae sunt, ne contagione bacteria superficiei coniuncta (11, 12).Sed consilium adhuc plures limitationes ostendit.Divulgatum est diuturnum implantationem implantatorum medicamentorum elutantium implantatorum circa fibras damnum intulisse et inflammationem, quae ad necrosim ducere potest (13, 14).Praeterea solventes organici qui post processum fabricationis orthopaedicae implantatorum medicamento-eluting, quae stricte prohibentur ab Administratione US Cibus et medicamentis prohibentur, adiectis postulant gradibus purificationis ut suis signis occurrant (15).Medicamenta eluting implantationes provocant ad liberationem medicamentorum continentem, et ob angustias medicamentorum, diuturnum applicationis medicamentorum non posse fieri (16).
Aliud consilium commune est cum polymerum antifouling imprimere, ne materia biologica et bacteria superficiei adhaereat (17).Exempli gratia, polymerorum zwitteronici attentionem converterunt ob proprietates non-tenaces suas cum in contactu cum plasmate servo, cellis et bacteria.Habet tamen aliquas limitationes ad diuturnitatem stabilitatis et diuturnitatem mechanicam pertinentes, quae practicam applicationem in implantationibus orthopaedicis impediunt, praesertim propter ramenta mechanica in processibus chirurgicis (18, 19).Praeterea, propter altissimam biocompatibilitatem, indigentia necessitatis ad chirurgia remotionis, et superficies purgatio proprietatum per corrosionem, orthopaedicam implantationem materiae biodegradabilium factae adhibitae sunt (20, 21).Per corrosionem, vincula chemica inter matricem polymerorum a superficie fracta et seiuncta, et adhaerentes superficiem purgant.Attamen anti-biologicum desultorium purgatio superficiei in brevi temporis spatio efficax est.Praeter materias maxime absorbabiles inclusas acidi copolymeri (PLGA), acidum glycolicum (PLGA), acidum polylacticum (PLA) et magnesium innixum admixtionem inaequalem biodegradationem et exesionem in corpore sustinebunt, quae negationem stabilitatem mechanicam afficiunt.(vigintiduo).Praeterea laminae biodegradabilis fragmenta locum bacteria adnectendum praebent, quae forte infectionis detegere auget.Hoc periculum degradationis mechanicae et contagio practicam chirurgiae plasticae limitat (23).
Superhydrophobicae (SHP) superficies quae structuram hierarchicam loti foliorum imitantia effectae sunt solutionem potentialem pro superficiebus anti-foedandis (24, 25).Cum SHP superficies in liquida immergitur, bullae aeris capientur, inde loculos aeris formantes et adhaesionem bacterial praevenientes (26).Recentes tamen studiis docuerunt SHP superficiem incommoda habere ad diuturnitatem et diuturnitatem mechanicam stabilitatem, quae applicationem in medicinae implantatorum impedit.Porro loculi aer solvet et perdet suas anti-foedationes possessiones, ita in ampliore adhaesione bacterial ob magnam superficiei superficiei SHP (27, 28).Nuper Aizenberg et collegae methodum innovative superficiei anti-biofouling induxerunt efficiendo per superficiem levem a Nepenthes urceoli inspiratam (29, 30).Superficies lenis diuturnum stabilitatem sub conditionibus hydraulicis ostendit, maxime liquidum abhorrens a liquidis biologicis et proprietates sui reficiendi habet.Attamen neque methodus adhibendi efficiendi est ad implantationem medicam implicatam, neque ad sanationem textus post implantationem adhibitam comprobatur.
Hic indimus orthopaedicam lubricatam superficiem implantationem (LOIS), superficiem micro/nano-orthopaedicam implantatam et arcte cum tenui ducatus strato coniunctam ne illam cum contagione Bacterial chirurgiae plasticae sociari, sicut fracturae fixationis.Quia structurae fluorinae micro/nano-gradus structurae ducatus in structura firmiter figit, evoluta LOIS adhaesionem variorum liquorum plene repellere potest ac diu anti- foedam observantiam conservare.LOIS coatings applicari possunt ad materias variarum figurarum synthesi ossis destinatarum.Praeclara anti-biofouling proprietates LOIS contra biofilm bacteria [Pseudomonas aeruginosa et methicillino-resistentes Staphylococcus aureus (MRSA)] et substantiae biologicae (cellulas, proteinas et calcium) in vitro confirmatae sunt.Adhaesio rate amplae adhaesio subiectae minor est quam 1%.Praeterea, etiam post accentus mechanica qualis superficies scalpendi occurrit, sanatio auto-medicationis causata ex auxiliis penetralibus ducatus suas proprietates anti-foedationes conservat.Durabilitas mechanica experimenti eventus ostendunt etiam post fabricam et chemicam modificationem, totales vires non signanter minui.Praeterea experimentum vitro, quod accentus mechanicam simulat in ambitu chirurgico evectus est ad probandum LOIS varias passiones mechanicas, quae in chirurgia plastica occurrunt, resistere posse.Denique exemplar fracturae femoris in vivo cuniculi fundamento usi sumus, quod probavimus LOIS habere proprietates antibacterial superiores et biocompatibilitatem.Effectus radiologicus et histologicus confirmatus mores stabilis ducatus et proprietates anti-bifouling intra 4 septimanas post implantationem efficacem consequi possunt anti-infection et immunem exitum evasionis sine mora ossis sanationis.
Figura 1A schematicum schematicum LOIS evolutarum ostendit, quae structurarum micro/nano-scalarum in lepus fractura femoris insita est, ad confirmandas eximias eius proprietates anti-biologicas foedas et anti-infection.Methodus biomimetica exercetur ad superficiem ollae plantae aqueae simulare et ne biofouling inserendo stratum ducatus intra micro/nano superficiei structuram.Superficies cum ducatus injecta contactum inter substantias biologicas et superficiem obscurare potest.Ideo, ob firmorum chemicorum vinculorum formatione in superficie, egregiam habet antifoulantem effectum et diuturnum firmitatem.Quam ob rem, anti-biofouling proprietates superficiei lubricantis varias applicationes practicas in investigationis biomedicae fieri sinunt.Attamen, inquisitio ex- plicanda est quomodo haec superficies speciales in corpore interactae nondum completa est.Comparando LOIS cum substratis nudis in vitro utentes albumin et biofilmorum bacteria, non-adhaesivitas LOIS confirmari potest (Figura 1B).Praeterea stillulas aquarum in nudas substratas inclinatas et LOIS substratas (figura S1 et Movie S1) devolvendo, demonstrari potest contagione biologica perficiendi.Sicut patet in microscopio fluorescens imaginem, subiecta subiecta incubata in suspensione interdum et bacteria ostendit magnam vim materiae biologicae superficiei adhaerenti.Sed ob proprietates excellentes anti- biotoning, LOIS fluorescentiam vix prae se fert.Ad confirmandas proprietates anti-biofouling et anti-infection, LOIS applicata est superficiei orthopaedicae implantatorum pro synthesi ossis (plas et cochleis) et in fractura leporis exemplar posita.Ante implantationem nuda orthopaedica implantantur et LOIS in suspensione bacterial per 12 horas incubantur.Prae-incubatio efficit ut biofilm formatur in superficie expositae ad comparationem implantatorum.Figura 1C ostendit imaginem photographicam fracturae situs 4 septimanarum post implantationem.In sinistro, lepus orthopaedicum nudum implantare ostendit gravem inflammationis gradum propter formationem biofilm in superficie implantandi.Contrarium eventum observatum est in leporibus cum LOIS insitis, id est, circa fibras LOIS neque signa contagionis neque signa inflammationis ostenderunt.Praeterea imago optica in sinistra indicat situm chirurgicum leporis cum implantatione expositorum, significans nullas plures adhaesiones praesentes in superficie expositae implantationis inventas esse in superficie LOIS.Ex quo patet quod LOIS diuturnum tempus stabilitatem habet et facultatem conservandi proprietates anti-biologicas et foedas et anti-adhaesiones habet.
(A) Schematica schematismi LOIS eiusque implantatio in exemplar fracturae femoris leporis.(B) Fluorescens imago microscopii dapibus et bacterial in superficie nuda et LOIS subiecta.4 weeks post implantationem, (C) imago photographica fracturae situs et imago X radius (ex rectangulo rubro extulit).Image courtesy: Kyomin Chae, Yonsei University.
Venenata, exposita negative cuniculorum indita, ostendit processum sanationis normalem os sine ullis notis inflammationis aut contagionis.Aliunde, SHP implantat pre-incubatum in bacterial suspensione exhibent infectionem relatam inflammationem in fibras circumquaque.Hoc attribui potest eius impotentiae adhaesio bacteriali diu inhibendi (Figura S2).Ut probaret LOIS processum sanationis non afficere, sed infectio fieri vetat ad implantationem pertinentium, imagines X-radii expositae matricis positivae et LOIS in situ fracturae comparatae sunt (Figura 1D).Imago X-radii nudae positivae implantationis osteolysin lineas persistentes ostendit, ostendens os non perfecte sanatum esse.Hoc suggerit processum recuperandi os multum differri posse ob inflammationem relatam infectio.Sed contra, ostendit quod insita cum LOIS lepores curasset, et nullam fracturam manifestam ostenderet.
Ut medici implantationes diuturnae stabilitatis et functionalitatis (resistentia inclusa biofouling) enuclearent, multi conatus sunt facti.Attamen praesentia variarum substantiarum biologicarum et dynamicas adhaesionis texti limitat progressionem eorum methodi certae amet.Ad hos defectus devincendos, elaboraverunt structuram micro/nanam stratam et superficies chemica modificata, quae optimized est ob vim capillarem altam et affinitatem chemicam ad conservationem levissimam ducatus maximam amplitudinem.Figura 2A altiorem processus fabricandi LOIS ostendit.Primo para medicinae gradu ferro intemerato (SS) 304 subiecta.Secundo, structura micro/nano in SS subiecta formatur per solutionem chymicam etching utens acido hydrofluorico (HF).Ad corrosionem resistentiae SS restituendum, acidum nitricum (HNO3) solutio (31) substratum notificatum processui adhibetur.Passio corrosionis resistentiae SS subiectae auget et signanter processus corrosionis retardat qui altiorem observantiam LOIS reducere potest.Deinde monolayer (SAM) cum 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyltriethoxysilane (POTS) formando, superficies chemica mutata est ut commercium chemicum inter superficiem et affinitatem laevem ducatus emendare possit.Superficies modificatio signanter reducet superficiem energiae superficiei fabricatae micro/nano-scalae structurae, quae superficiei energiae lubrici ducatus aequet.Hoc permittit ducatus omnino madefactum esse, inde iacuit in superficie ducatus stabili formans.Mutata superficies hydrophobicitatem auctam exhibet.Eventus monstrant lubrici ducatus in LOIS mores stabiles exhibere propter affinitatem chemicam et vim capillarem quae structurae micro/nano causatur (32, 33).Mutationes opticae in superficie SS postquam superficies modificationis et iniectio ducatus quaesita sunt.Micro/nano iacuit structura in superficie formata potest mutationes visuales facere et superficiem obscurare.Hoc phaenomenon attribuitur aucto lumine spargens effectum in aspera superficie, quod auget reflexionem diffusam per lucem captandi mechanismum (34).Praeterea, injecta ducatus, obscurior fit LOIS.In strato lubricante minus lumen a subiecto reflectitur, inde obscuratio LOIS.Ut optimize microstructura/nanostructura / minimam angulum delabentem (SA) ad perficiendum anti-biofouling perficiendum ostenderet, microscopia electronica (SEM) et paria atomica diversis temporibus HF etching tempora (0, 3) praestare solebant., 15 et 60 minuta) Vis Microscopii (AFM) (Figura 2B).Imagines SEM et AFM ostendunt post breve tempus etching (III minuta etching), nuda subiectaque nano-scalarum inaequalitatem formasse.Asperitas superficies mutatur cum temporis engraving (Figura S3).Tempus variae curvae ostendit superficiem asperitatis augere et attingere apicem ad 15 minuta et schismatici, et tunc solum parvi pretii asperitatis parvi momenti observatur ad 30 minuta etch.Hic, nano-gradus asperitas insculpitur, dum asperitas parvarum impigre crescit, asperitas mutatur stabilior.Post engraving plus quam 30 minuta, adhuc augetur asperitas, quae sic explicatur: SS componitur ex ferro, commixtis elementis ferro, chromium, nickel, molybdeno et pluribus aliis elementis.Inter haec elementa, ferrum, chromium et molybdaenum magni ponderis partes agunt in asperitate micron/nano-scalarum in SS etching HF formando.In primis corrosio, ferrum et chromium maxime corroduntur, quia molybdenum altiorem corrosionis resistentiam habet quam molybdenum.Progredientibus engraving, solutionem etching ad oversaturationem localem attingit, fluorides et oxydatum ex engraving.Fluoride et oxydatum praecipitatum ac demum in superficie redepositum, asperitatem superficiei in range micron/nano formans (31).Haec asperitas Micro/nano-gradus magni ponderis partes agit in proprietatibus sui sanationis LOIS.Dualis superficies scala effectum synergisticum efficit, vim capillariam valde augens.Hoc phaenomenon permittit ducatus superficiem stabiliter penetrare et ad proprietates sui sanandas confert (35).Formatio asperitatis dependet ab temporis esculente.Sub 10 minuta etching, superficies nano-scalarum solum continet asperitatem, quae non satis est tenere ducatus ad resistentiam biofouling (36).Contra, si etching tempus 30 minutorum excedit, nano-scalae asperitas ex redpositione ferri et chromium formata evanescet, et solum parvae asperitas propter molybdenum remanebit.Superficies nimis implicata asperitate nano-scala caret et synergisticum effectum asperitatis duorum scaenarum amittit, qui negative afficit proprietates sanationis LOIS.SA mensurae factae sunt in subiectis diversis temporibus etingificatione ad probandum anti- quatum effectum.Variae liquorum genera electae sunt secundum viscositatem et industriam superficiem, inclusa aqua deionizata, glycol (EG), ethanol (EtOH) et hexadecana (HD) (Figura S4).Exemplaria temporis varia et ingurgica demonstrat pro variis liquoribus cum diversis energiis et viscositatibus superficiei, SA LOIS post 15 minuta etching infimum esse.Ideo LOIS optimized est SCELERO pro 15 minutis ad asperitatem micron et nano-scala formandam, quae ad vetustatem ducatus et praeclarae anti- foedationis proprietatum ad vetustatem efficaciter conservandam est.
(A) Schematica schematismi processus quattuor gradus fabricandi LOIS.Fundus ostendit SAM formatum in subiecto.(B) SEM et AFM imagines, micro/nano structurae subiectae sub diversis etinging temporibus optimize solebant.X-radius photoelectron spectroscopium (XPS) spectris (C) Cr2p et (D) F1s post superficiem passivam et SAM efficiens.au, adsunt.(E) Repraesentativae imagines stillae aquatiles nudae, signatae, SHP et LOIS subiectae.(F) Angulus contactus (CA) et SA mensurae liquorum cum diversis tensionibus superficiebus in SHP et LOIS.Data sunt quae media ± SD.
Deinde, ad confirmandam mutationem in proprietatibus chemicis superficiei, X-ray photoelectron spectroscopia (XPS) studere solebat mutationi in compositione chemicae superficiei subiectae, postquam singulae superficiei efficiebantur.Figura 2C ostendit XPS eventus mensurae superficiei HF signatae et HNO 3 superficiem tractatae.Duo cacumina principalia ad 587,3 et 577,7 eV attribui possunt vinculo Cr-O existente in strato chromi oxydi, quod est principale differentia ab HF superficie notata.Hoc maxime fit per sumptionem ferri et chromium fluoride in superficie HNO3.HNO3-substructio etching chromium oxydatum passivum in superficie iacuit formare, quod signatum SS rursus corrosioni renitentem facit.In Figura 2D, spectra XPS ad confirmandum spectra fluorocarbon-substructio silane formatum est in superficie post SAM tunicam, quae repellentiam liquidam altissimam etiam pro EG, sanguine et EtOH habet.SAM tunica perficitur per circulos functiones silanorum reflectendo cum coetibus hydroxyli curatione plasmatis formatis.Quam ob rem notabile incrementum in CF2 et CF3 cacumina observatum est.Vis ligativa inter 286 et 296 eV indicat modificationem chemica feliciter peractam esse a SAM coating.SHP ostendit relative magna CF2 (290.1 ​​eV) et CF3 (293.3 eV) cacumina, quae causantur a fluorocarbon-substructio silane in superficie formato.Figura 2E ostendit imagines opticas repraesentativas anguli (CA) mensurarum pro diversis coetibus aquae deionizatae in contactu cum nudo, signato, SHP, LOIS.Hae imagines ostendunt notatam superficiem hydrophilicam fieri propter structuram micro/nanam a chemica etching formatam ut aqua deionizata in structuram absorbeatur.Cum autem subiectum SAM liniatur, subiectum aquae validam repellentiam exhibet, sic superficies SHP formatur et area contactus inter aquam et superficiem parva est.Demum decrementum CA in LOIS observatum est, quod tribui potest penetrationi ducatus in microstructuram, inde contactum augens.Ad probandum quod superficies habet excellentem liquorem repellentiam et proprietates non-tenaces, LOIS comparatum est SHP subiectum mensurando CA et SA variis liquoribus utentibus (Figura 2F).Variae liquidorum species secundum viscositatem et energiam superficiei selectae sunt, incluso aqua deionizata, sanguine, EG, EtOH et HD (Figura S4).Mensurae CA eventus ostendunt cum CA ad HD tendit, valorem reductionem ipsius CA, ubi CA industriam superficiem infimum habet.Praeterea LOIS altioris CA est humilis.Sed SA mensurae phaenomenon prorsus diversum ostendit.Praeter aquam ionizatam, omnes liquores sine lapsus off substrato SHP adhaerent.Ex altera vero LOIS ostendit infimam SA, ubi cum omne liquorem angulum inferiorem quam 10° ad 15° subnectit, omne liquor devolvetur.Hoc vehementer ostendit meliorem non-additionem LOIS quam superficiei SHP.Praeter LOIS coatings etiam variis materiis applicantur, inter titanium (Ti), polyphenylsulfone (PPSU), polyoxymethylene (POM), polyether aether keton (PEEK) et polymerorum bioabsorbabilis (PLGA), sunt materiae orthopaedicae implantabiles (Figura S5)).Imagines sequentes stillarum in materia tractata a LOIS ostendunt anti- biofouling proprietates LOIS easdem esse in omnibus subiectis.Praeterea eventus mensurae CA et SA demonstrant proprietates non-tenaces LOIS aliis materiis applicari posse.
Ad confirmandas anti- quas possessiones LOIS, variae subiectae species (inclusae nudae, signatae, SHP et LOIS) incubatae sunt cum Pseudomonas aeruginosa et MRSA.Hae duae bacteria selectae sunt repraesentativa bacteria valetudinarium, quae ad formationem biofilms ducere potest, quae ad SSI (37).Figura 3 (A et B) imagines microscopii fluorescentiae ostendit et coloniae unitatem (CFU) mensurationis subiectarum incubatorum in suspensione bacterial propter breve tempus (72 horae) et diuturnum (72 horae) respective.In brevi temporis spatio, bacteria racemos formabunt et augescunt, se obtegentes substantiis muco-similibus et remotionem prohibent.Tamen, per 72-horam incubationis, bacteria maturescet et facile fiet ad dispergendas colonias vel racemos plures.Ideo considerari potest quod 72-hora incubationis est longum tempus et opportunum incubationis tempus ad formam validam biofilm in superficie (38).Brevi temporis spatio, superficies notata et superficies SHP adhaesionem bacterial exhibitam, quae per circiter 25% ad 50% ad nudum subiectum comparata redacta est.Nihilominus, ob praecellentem eius observantiam et stabilitatem anti-biofouling, LOIS bacterial biofilm adhaesionem in brevi et longo termino non ostendit.Schematismum schematicum (Figura 3C) describit explicationem anti-biologicae mechanismi foedae et schismatis solutionis, SHP et LOIS.Assumptio est quod subjectum cum proprietatibus hydrophilicis signatum maiorem superficiei aream quam nudam subiectam habebit.Ergo magis adhaesio bacterial erit in subiecto signato.Nihilominus, cum nudo distento comparato, substratum notabile biofilis in superficie formatum minus habet.Hoc est, quia moleculae aquae firmiter ligant ad superficiem hydrophilicam et agunt sicut ducatus pro aqua, ita prohibens adhaesionem bacterii in termino brevi (39).Sed lavacrum aquae moleculae valde tenuis et solutum est in suspensionibus bacterial.Ideo aqua hypothetica iacuit diu evanescit, ducens ad amplam adhaesionem bacterial et prolificationem.SHP enim, propter breve tempus proprietates non-udusas, adhaesio bacterial inhibetur.Adhaesio bacterial reducta attribui potest loculos aereis in structura iacuitis comprehensos et industriae superficiei inferioris, ideoque contactum inter suspensionem bacterial et superficiem extenuando.Tamen ampla adhaesio bacterial observata est in SHP quia proprietates suas anti-foyando diu amisit.Hoc maxime propter remotionem loculorum aeris ob pressionem hydrostaticam et solutionem aeris in aqua.Hoc maxime accidit propter remotionem loculorum aeris ob dissolutionem et stratum structuram quae ampliorem aream superficiei adhaesionem praebet (27, 40).Dissimile his duobus subiectis quae in diuturna stabilitate magnum effectum habent, ducatus ducatus in LOIS contento in micro/nano structuram infusum est et ne in longo quidem tempore evanescet.Lubricantes structuris micro/nanis referti sunt valde stabiles et valde attrahuntur ad superficiem propter altitudinem chemicae affinitatis, eo quod adhaesio bacterial diu impedita est.Figura S6 ostendit reflexionem microscopii confocali imaginem substratae ducatus-infusae in salina phosphate buffered (PBS).Imagines continuae ostendunt etiam post 120 horas parvae concussionis (120 rpm), ducatus in LOIS immutatum manere, indicat diuturnum stabilitatem sub conditionibus fluens.Hoc ob affinitatem chemicam princeps inter SAM efficiens et perfluorocarbon substructio ducatus fluorino-fundatur, ita ut stratum ducatus stabilis formari possit.Ergo servetur anti- fouling effectus.Praeterea substrata probata est contra proteins repraesentativa (albuminum et fibrinogenum), quae sunt in plasma, cellae propinqua functione immune (macrophages et fibroblasta), et quae ad osseam formationem pertinent.Summa calcii est altissima.(Figura 3D, 1 et 2; et Figura S7) (41, 42).Praeter microscopium fluorescens imagines adhaesionis testi fibrinogeni, albumini et calcii varias adhaesiones notas cuiusque coetus subiectae ostendit (Figura S8).In formatione ossis, recenter ossis et calcii strati circumvenientibus orthopaedica implantatio circumvenire potest, quod non solum difficile amotionem efficit, sed etiam inopinatum detrimentum patienti per remotionem processus causare potest.Ergo gradus humiles calcii in lamellis osseis depositis et cochleis adiuvantur ad chirurgicam orthopaedicam quae remotionem implantandi requirit.Secundum quantitatem areae appositae fundatam in intensione fluorescentiae et comitis cellae, confirmavimus LOIS ostendere proprietates optimas anti-biofouling pro omnibus substantiis biologicis comparatis cum aliis subiectis.Secundum eventus experimentorum in vitro, anti-biologicum foetidum LOIS applicari potest ad orthopaedicam implantationem, quae non solum infectiones bacteria biofilm causatas inhibere potest, sed etiam inflammationem ab agente immune corporis causari.
(A) Microscopium Fluorescens imagines uniuscuiusque coetus (nudae, signatae, SHP et LOIS) incubatae in Pseudomonas aeruginosa et MRSA suspensiones per 12 et 72 horas.(B) Numerus adhaerens CFU Pseudomonas aeruginosa et MRSA in superficie cuiusque coetus.(C) Schematica schematis anti-biologici mechanismi foedae breves et longi temporis etching, SHP et LOIS.(D) (1) Numerus fibroblastorum cuivis substrato et fluorescente microscopio imagines cellularum nudis et LOIS adhaeserunt.(2) Adhaesio probatio servo immunis actis, albumini et calcii in processu sanationis ossis implicati (*P <0.05, **P <0.01, *** P <0.001 et **** P <0.0001).ns, non maximus.
In casibus contractis necessariae, durabilitas mechanica semper fuit principale provocatio ad applicationes tunicarum antifoulationis.Traditional anti- purgamentorum gel rationes fundantur in polymerorum aqua humili solubilitate et fragilitate.Solent igitur in applicationibus biomedicorum accentus mechanica susceptibiles.Ergo mechanice durabiles tunicarum antifoulationes provocantur applicationes sicut orthopaedicae implantatorum (43, 44).Figura 4A(1) demonstrat duo genera accentus applicata ad implantatorum orthopaedicarum, inclusa scalpendi (accentus tondendis) et compressio cum imagine optica laesae implantationis a forfice productis.Exempli gratia, cum cochleae cum vertitorio adstringitur vel cum chirurgus laminam osseam cum forcipe stricte tenet et vim compressivam applicat, lamina plastica ossis tam tortis quam squamis Micro/nanis impingitur et insculpitur (Figura 4A; 2) .Ut probetur utrum LOIS fabricata haec damna in chirurgia plastica sustinere possit, nanoindentatio facta est ad duritiem subiectae nudae et LOIS in scala micro/nano ad investigandas proprietates mechanicas micro/nano structurae Impact (Figura 4B).Schematicum schematicum ostendit varias deformationes morum LOIS ob structurarum micro/nanorum praesentiam.Curva vis obsessionis ducta est in eventibus nanondentationis (Figura 4C).Imago caerulea nudam subiectam significat, quae parvam tantum deformationem ostendit, ut maximam altitudinem incisationis 0.26-μm conspicit.E contra, paulatim aucta vis nanoindentationis et obsessio quae in LOIS (curva rubra) potest ostendere signa proprietatum mechanicarum reductarum, inde in nanondentation profunditate 1.61μm.Causa est, quia structurae micro/nano quae in LOIS adsunt, spatium ad extremum nanoindenter altius promovendum praebet, ideo eius deformatio maior est quam nudae subiectae.Konsta-Gdoutos et al.(45) credit ob praesentiam nanostructurarum, nanoindentationis et micro/nanorum asperitatem ducere ad curvas nanoindentation irregulares.Area umbrosa correspondet curvae deformationi irregulari nanostructure attributae, area vero non-opaca microstructure tribuitur.Haec deformatio potest laedere microstructuram / nanostructuram custodiae ducatus et negative effectus eius anti-foying.Ut studere ictum damni in LOIS, inevitabile damnum micro/nano structurae in corpore durante chirurgiae plasticae replicatum est.Utendo sanguine et interdum adhaesione probat, stabilitas anti-biofouling proprietatum LOIS post in vitro determinari potest (Figura 4D).Series imaginum opticorum ostendit damnum quod acciderit prope foramina uniuscuiusque rei subiectae.Adhaesio sanguinis test facta ad demonstrandum effectum damni mechanici in tunica anti-biofouling (Figura 4E).Sicut SHP, anti-foedificationes possessiones ob damnum amissas sunt, et LOIS excellentes anti- foedas proprietates sanguinem repellendo ostendit.Hoc est quia, quia vis superficies expellitur per actionem capillarem tegentem aream laesam, fluxus in ducatus microstructi ducatus anti-foedationes proprietatum restaurat (35).Eadem inclinatio observata est in adhaesione testi utendi albumin.In area laesa, adhaesio interdum in superficie SHP late servatur, et mensurando coverage aream suam, potest quantitatis dimidium gradus adhaesionis nudae subiecti.Contra, LOIS suas anti- biofouling proprietates sine adhaesione servavit (Figura 4, F et G).Praeterea superficies cochleae saepe accentus mechanicis validis subiecta est, ut artem, sic studuimus facultatem tunicae LOIS integram manere in cochleae in vitro.Figura 4H ostendit imagines opticas cochlearum diversarum, inclusas nudas, SHP et LOIS.Rubrum rectangulum scopo aream significat ubi vis mechanica fortis fit in implantatione ossis.Similis adhaesio interdum probatio laminae, microscopio fluorescens adhaesionem interdum imaginem adhibet et metiendi coverage aream ad probandam integritatem tunicae LOIS, etiam sub validis mechanicis accentus (Figura 4, I et J).Cochleas LOIS affectas praestantem anti-foedationem perficiendi exhibent, et dapibus nulla fere superficiei adhaeret.Contra, interdum adhaesio observata est in cochleis nudis et ANISOCYCLUM SHP, ubi area coverage SHP cochlearum erat tertia illius cochlearum nudarum.Praeterea orthopaedica implantatio pro fixatione adhibita necesse est mechanice fortis sustinere accentus applicatus ad situm fracturae, ut in Figura 4K ostensum est.Itaque inclinatio test fiebat effectum modificationis chemicae in proprietatibus mechanicis determinare.Atque haec fit ut fixam vim ab implantando servet.Vim mechanicam verticalem applica donec implantatio plene complicata et inflexibilem curvam obtineat (Figura 4L, 1).Duae possessiones inter modulum et flexuralem virium iuvenum inter nudam et LOIS subiectas ut indicibus roboris mechanicae comparatae sunt (Figura 4L, 2 et 3).Modulus iuvenis indicat facultatem materiae sustinendi mutationes mechanicas.Modulus iuvenum singulorum subiectorum est 41.48±1.01 et 40.06±0.96 GPa, respective;observata differentia est circa 3.4%.Praeterea ferunt vim flexionis, quae duritiem materiae determinat, esse 102.34±1.51 GPa pro nuda subiecta et 96.99±0.86 GPa pro SHP.Subiectum nudum est circiter 5.3% superior.Levis diminutio in proprietatibus mechanicis potest causari ab effectu incisura.In incisura effectu, asperitas micro/nano ut copia notarum agere potest, ducens ad intentionem loci accentus et proprietates mechanicas implantandi afficiens (46).Tamen ex eo quod rigor ossis corticalis humani fertur inter 7.4 et 31.6 GPa esse, et LOIS modulus mensuratus ossis corticalis humani excedit (47), sufficit LOIS ad fracturam et altiorem sustentationem. proprietatibus mechanicis minime afficiuntur modificatione superficiei.
(A) Schematicae schematis (1) vis mechanica orthopaedica applicata in operatione implantandi, et (2) optica imago orthopaedica laedi implantandi.(B) Schematica schematis de proprietatibus nano-mechanicis mensurationis per nanoindentationem et LOIS in nuda superficie.(C) Nanondentation vis-dispensatio curvae superficiei nudae et LOIS.(D) Post experimenta in vitro, simulant imagines opticas diversarum generum orthopaedicarum laminarum (area laesa rectangulo rubente illustratur) simulare vim mechanicam in operatione causatam.(E) Adhaesio sanguinis test et (F) adhaesio interdum probatio globi laesi orthopaedicae.(G) Metire aream coverage dapibus laminae adhaerens.(H) Imagines opticae diversorum generum cochlearum orthopaedicarum post experimentum in vitro.(i) Dapibus adhae- sentibus diversis artibus integritati studebat.(J) Metire aream coverage dapibus adhaerens cochleae.(k) Motus leporis intendit generare certam vim in osse fracto.(L) (1) Flectere test eventus et imagines opticas ante et post flexionem.Differentia in (2) Moduli Juvenis et (3) flexionis vi inter nudam implantationem et SHP.Data in medium exprimuntur ± SD (*P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001 et ****P<0.0001).Image courtesy: Kyomin Chae, Yonsei University.
In clinicis adiunctis, maxime bacterial contactu cum materiis biologicis et sitibus vulnerum maturescunt, biofilms adultis oriuntur (48).Ideo US Centra pro Morbus Imperium et Praeventionis aestimat 65% omnium contagionum humanorum ad biofilms referri (49).Hoc in casu, necessarium est consilium experimentale vivo praebere, quod formationem biofilm constantem in superficie implantandi praebet.Ergo exemplar fracturae femoris lepus elaboravimus in quo orthopaedica implantatio prae-incubata sunt in suspensione bacterial et deinde insita femur leporis ad studium anti- foedationis proprietatum LOIS in vivo.Ob tres sequentes res magni ponderis, infectiones bacteriales inducuntur ex prae- cultura potius quam directa iniectio suspensionum bacterialium: (i) Ratio immunis cuniculorum naturaliter fortior est quam homines;ergo iniectio bacterial suspensionum et bacteria planktonica possibilis Non habet effectum in formatione biofilms.(ii) Bacteria planktonicae antibioticis magis obnoxiae sunt, et antibioticae post chirurgiam solent adhiberi;tandem (iii) bacteria planktonicae suspensio dilui potest ab humoribus corporis animalis (50).Per praecolendo implantationem in suspensione bacterial ante implantationem perscrutari possumus effectus nocivos contagionis bacterial et reactionem corporis externi (FBR) in processu sanando.Lepores immolabantur per 4 septimanas post implantationem, quia osseointegratio essentialis processus sanationis ossis intra 4 septimanas perficietur.Tum insita a cuniculis pro amni studiis remota sunt.Figura 5A ostendit multiplicationem mechanismi bacterii.Orthopaedica implantatio infecta in corpus introducitur.Propter incubationem in bacterial suspensione, sex e sex cuniculorum nudis implantatorum insitis infecti sunt, cum nulli lepores insita cum LOIS tractatis implantatorum infecti sunt.Infectio bacteria tribus gradibus procedit, incluso augmento, maturatione et dispersione (51).Primum, bacteria coniuncta in superficie reproducunt et crescunt, deinde bacteria biofilmum faciunt, cum polymer extracellularem (EPS), amyloidea et extracellularem DNA excernunt.Biofilm non solum impedit penetrationem antibioticorum, sed etiam promovet cumulum enzymorum antibioticorum sordidorum (ut β-lactamase) (52).Denique biofilm adultam bacteria in fibras circumquaque diffundit.Ergo infectio accidit.Praeterea, cum corpus alienum corpus intrat, tabes quae validam responsionem immunem causare potest, gravem inflammationem, dolorem et immunitatem minui potest.Figura 5B speculationem praebet FBR ex insertione orthopaedicae implantationis causatam, quam responsio immune per contagionem bacterial causata.Ratio immunis agnoscit inserta indere ut corpus alienum, et tunc causat cellulas et fibras agere ad encapsulandum corpus alienum (53).Primis diebus FBR, copia matrix in superficie implantatorum orthopaedica formata est, quae in adsorptione fibrinogenis consecuta est.Fibrinogenum deinde fibrinogenum adsorbum efformat reticulum fibrinum valde densum, quod affectum leukocytarum promovet (54).Postquam reticulum fibrinum formatur, inflammatio acuta ob infiltrationem neutrophilum occurret.In hoc gradu varia cytokinorum ut tumor necrosis factoris-α (TNF-α), interleukin-4 (IL-4) et IL-β emittuntur, et monocytae incipiunt situm implantationem inserere et in cellulas gigantes differre.Phage (41, 55, 56).Reducendo FBR semper provocatio fuit, quia nimia FBR potest causare inflammationem acutam et veterem, quae inpedimenta funesta ducere potest.Ad aestimandum impulsum infectionum bacterialium in fibris nudae circumiacentibus implantandi et LOIS, hematoxylin et eosin (H&E) et Masson trichrome (MT) inficiendi adhibiti sunt.Lepores enim nudis subiectis insitae, graves bacteriales infectiones progressae sunt, et H&E textus labitur abscessibus et necrosis ex inflammatione causatis evidenter.E contra, praevalidae anti-biofouling superficiei LOIS adhaesionem bacterialem inhibet, ideo nulla signa contagionis ostendit et inflammationem minuit (Figura 5C).Eventus Tullii maculans eiusdem tenoris ostendit.Nihilominus MT tingens OEDEMA etiam in leporibus cum LOIS insitis ostendit, ostendens sanitatem futuram esse (Figura 5D).Ad investigandum gradum responsionis immune, immunohistochemicus (IHC) maculavit usus cytokinorum TNF-α et IL-6 ad responsionem immunem pertinentium.Nuda negativa implantatio bacteria non exposita comparata est cum LOIS quae bacteria exposita est sed non infecta ad processus sanationis in absentia contagionis bacterial.Figura 5E ostendit imaginem opticam lapsus IHC exprimentis TNF-α.Area brunneis responsionem immunem repraesentat, indicat responsionem immunem in LOIS leviter reductam esse.Praeterea expressio IL-6 in LOIS minus insigniter fuit quam significatio negativa nudae sterilium (Figura 5F).Expressio cytokini quanta fuit mensurando aream anticorporis inficiens cytokini correspondentem (Figura 5G).Cum leporibus expositae negativis implantatorum, gradus leporum insita expressio cum LOIS inferiores erant, significantem differentiam ostendens.Deminutio expressionis cytokini indicat longum tempus, anti- foedatum proprietatum LOIS stabilem non solum ad inhibitionem infectionum bacterialium, sed etiam ad diminutionem FBR, quae inducitur a macrophages subiecto adhaerens (53. 57, 58).Ideo responsio immune reducta ob proprietates immunes evasionis LOIS laterales effectus post implantationem solvere potest, sicut responsio immune nimia post chirurgicam plasticam.
(A) Schematismum schematicum de mechanismo formationis biofilmice divulgatum et in superficie implantationis orthopaedicae infectae.eDNA, extracellulare DNA.(B) Schematica schematismi immunis responsionis post insertionem orthopaedicam inserendam.(C) H&E tinguere et (D) MT maculare fibras circumiacentes orthopaedicas nudis positivis et LOIS maculare.IHC cytokini immunes (E) TNF-α et (F) IL-6 maculatae imagines nudae-negativae et lepores insita LOIS.(G) Quantitas cytokini expressionis per mensurationem aream coverage (** P <0.01).
Biocompatibilitas LOIS eiusque effectus in osse processu sanationis examinati sunt in vivo utentes diagnostica imaginatio [x-radii et tomographiae micro-computata (CT)] et osteoclasta IHC.Figura 6A ostendit processum sanationis osse tres gradus distinctos implicantes: inflammationem, reparationem, et retexere.Cum fractura incidit, cellulae inflammatoriae et fibroblatae in os fractum penetrabunt et in vascularium textus crescere incipiunt.In reparatione temporis, auctus textus vascularis prope fracturam situm diffunditur.Vascularis textus nutrimentum praebet ad novum os formandum, quod callus appellatur.Ultimus processus ossis processus sanationis est scaena retexere, in quo magnitudo calli ad magnitudinem ossis normali reducitur cum auxilio augmenti in ambitu osteoclastis excitati (59).Tria dimensiva (3D) refectio fracturae situs fiebat utens micro-CT scans ad differentias observandas in ambitu formationis calli in utroque coetu.Crucem ossis femoris observa, ut calli crassitiem ossis fracturae circumjacentis observent (Figura VI, B, C).X-radii etiam fracturae situs omnium coetuum singulis hebdomadibus examinare solebant, ut diversos processus regenerationis os in unaquaque coetus observarent (Figura S9).Ossa callo matura et caeruleo/viride et ebore ostenduntur.Fila mollissima percolantur e limine prestationis.Nuda positivus et SHP confirmaverunt formationem parvae quantitatis calli circa fracturam situs.Contra, nudae LOIS negativae et fracturae situs callo crasso circumdantur.Imagines Micro-CT demonstraverunt formationem calli impediri ab infectione bacterial et inflammatione relata.Causa immunis prioritat sanationem iniuriarum septicarum ex inflammatione relatarum contagione, quam ossis recreationis (60).IHC et Tartrate-repugnans Acidum Phosphatase (TRAP) inficiens fiebat ad activitatis osteoclastae et ossis resorptionis observandam (Figura 6D) (61).Paucae tantum osteoclatae tinctae purpurae in positivis et SHP nudae inventi sunt.Ex altera parte, multae osteoclatae excitatae circa nuda positiva et matura ossa LOIS observata sunt.Hoc phaenomenon indicat coram osteoclastis, callum circa fracturam situs violentum processus retexere (62).Volumen osseum et osteoclastae expressionis calli spatium mensurati sunt ad comparationem aequalem formationis calli circa fracturam situs in omnibus circulis, ita ut quantitatis eventus micro-CT scan et IHC (Figura 6E, 1 et 2).Ut expectatur, nudae negativae et calli formationis in LOIS significanter altiores erant quam in aliis coetibus, significans os positivum molestie lacus accidisse (63).Figura S10 ostendit imaginem opticam situs chirurgici, MT inficiens eventum texti prope cochleae collectum, et TECTUM maculavit effectum in luce ossis cochleae interfaciei.In substrata nuda, formatio calli fortis et fibrosis observata est, dum LOIS tractata implantatio comparationem superficiei inhaerentis ostendit.Similiter comparata negativis nudis, fibrosis inferior observata est in leporibus insita lois, ut sagittis albis indicatur.Praeterea firma OEDEMA (sagitta caerulea) attribui potest proprietates LOIS immunes evasionis, per quam graves inflammationes minuuntur.Superficies non-lignum circa fibrosis implantare et imminui suadeant faciliorem esse remotionem processus, qui plerumque in aliis fracturae vel inflammationibus consequitur.Os sanationis post cochleae remotionem aestimatum est ab actuositate osteoclasti in interfacii cochleae.Utraque os nudum et LOIS interfaciem inserunt absorptum similes osteoclastis gradus ad ossis ulterioris sanationis, significans LOIS efficiens nullum effectum osse sanitatis vel responsionis immunis habere.Ad confirmandum modificationem superficiem quae in LOIS non impedit processum sanationis osseum, examen X radius adhibitum est ad sanationem cuniculorum osse cum negativis expositis et 6 septimanis implantationis LOIS (Figura 6F).Eventus ostendit, quod cum globo non infecta nude positivo comparetur, LOIS eundem ossis sanationis gradum ostendit, et nulla manifesta signa fracturae (linea osteolysis continui) in utroque coetu erant.
(a) Schematica ossis sanationis post fracturam schematis.(B) Differentia in gradu formationis calli uniuscuiusque coetus superficiei et (C) crucis-sectionalis imaginis fracturae situs.(d) TECTUM tinguere ad visualise osteoclastae actionem et ossis resorptionem.EX ACTIONIBUS TRAP, formatio calli externi ossis corticalis quantitative per (E) (1) micro-CT et (II) osteoclasti activitatem evolvit.(F) 6 septimanas post implantationem, imagines X-radii ossis negativae expositae fracturae (extulit rectangulum rubrum allissum) et LOIS (extulit rectangulum caeruleum allisum).Analysis statistica fiebat uno modo analysi variatum (ANOVA).* P< 0.05.** P < 0.01.
In summa, LOIS novum genus contagionis antibacterial consilii praebet et immunem evasionem efficiens pro implantatorum orthopaedicarum.Conventional orthopaedica implantatio cum SHP functionisation exhibeant proprietates breve tempus anti-biofouling, sed suas proprietates diu conservare non possunt.Superhydrophobicitas laqueorum subiectarum bullae aeriae inter bacteria et subiectum subiectae, inde loculos aeris efformantes, quo minus contagione bacterial praevenit.Sed propter diffusionem aeris facile hi loculi aeris tolluntur.Contra, LOIS facultatem suam bene probatam ne infectiones biofilm relatas.Ergo propter anti-reiectionem proprietatum infusum in iacuit ducatus micro/nano iacuit superficies structurae, infectio relatas inflammatio impediri potest.Variae notationes methodi inter SEM, AFM, XPS, CA mensuras optimize LOIS condiciones fabricandi adhibentur.Praeterea LOIS etiam variis materiis biologicis in instrumentis fixationibus orthopaedicis communiter adhibitis applicari potest, ut PLGA, TI, PE, POM et PPSU.Deinde, LOIS in vitro probatum est ut eius anti-biofouling proprietates contra bacteria et biologicas substantias ad responsionem immunem pertinentibus probaretur.Eventus ostendunt optimum habere effectum antibacterial et anti-biofouling ad nudum implantandum comparatum.Praeterea LOIS ostendit vires mechanicas etiam post accentus mechanicam applicans, quod in plastic chirurgica vitari non potest.Ob proprietates sanationis ducatus in superficie structurae micro/nano, LOIS suas anti-biologicas possessiones foedas feliciter conservavit.Ut studiis biocompatibilitatem et proprietates antibacteriales LOIS in vivo, LOIS in femur leporis per 4 septimanas implantatum est.Nulla contagio bacterial observata est in leporibus cum LOIS insitis.Praeterea usus IHC demonstratum reductum gradum responsionis immune localis, significans LOIS processum sanationis ossis non inhibere.LOIS praeclaras proprietates antibacteriales et immunes evasionem exhibet, et probatum est efficaciter impedire formationem biofilm ante et durante chirurgica orthopaedica, praesertim pro synthesi ossei.Medulla ossis leporis utendo exemplar fracturae femoris inflammatoriae, effectus infectionum biofilm relatarum in processu sanationis ossis inductae per implantationes prae-incubatas penitus studuit.Pro futuro studio, novum in vivo exemplar necessarium est studiis possibilibus contagione post implantationem ad plene cognoscendum ac ne biofilm relatas contagiones per totum processum sanandum.Praeterea osteoinduction adhuc dubitatur provocatio in integratione cum LOIS.Ulterior investigatio necessaria est ut adhaesionem selectivam cellularum osteoinductivarum vel medicinam regenerativam cum LOIS coniungat ad provocationem superandam.Super, LOIS pollicens orthopaedicam implantationem efficiens cum robore mechanico et praestantibus proprietatibus anti-biofouling, quae SSI et effectus latus immunes reducere potest.
Lava 15mm x 15mm x 1mm 304 SS subiecta (Dong Kang M-Tech Co, Corea) in acetone, EtOH et DI aqua 15 minuta ad contaminantes removendas.Ut structuram micro/nano-campester in superficie formaret, subiectum mundatum in solutione 48% ad 51% HF immergitur (Corp. DUKSAN, Coreae Meridionalis) ad 50°C.Censuratio temporis ab 0 ad 60 minuta variatur.Subiectum deinde signatum aqua deionizata mundatum est et in 65% HNO3 (Corea DUKSAN Corp.) in solutione 50°C per 30 minuta formata, chromium oxydorum passivationis in superficie iacuit formare.Post passionem, substrata aqua deionizata abluitur et siccatur, ut substratum cum nunc structura obtineat.Deinde substrata oxygeni plasma (100 W, 3 minuta) exposita est, et statim in solutione 8.88 mM POTS (Sigma-Aldrich, Germania) in toluene ad cella temperaturae per 12 horas immergitur.Substratum deinde POTS cum EtOH purgatum est, et subiunctum 150°C per 2 horas ad obtinendum spissum POTS SAM.Post SAM coating, stratum ducatus in subiecto formatum est applicando ducatus perfluoropolyetherae (Krytox 101; DuPont, USA) cum oneratum 20 μm/cm volumen 2. Ante usum, ducatus per 0.2 micron colum colum.Excessus ducatus 45° angulum inclinatio ad 15 minuta.Eadem ratio fabricandi adhibita est pro implantationibus orthopaedicarum ex 304 SS (bracteis densis et cochleae corticali densis; Dong Kang M-Tech Co., Corea).Omnes orthopaedicae implantationes aptae ad geometriam femoris leporis ordinantur.
Superficies morphologiae substratis et orthopaedicae implantatorum inspectus est per emissionem campi SEM (Inspect F50, FEI, USA) et AFM (XE-100, Systems Park, Coreae Meridionalis).Asperitas superficies (Ra, Rq) mensuratur multiplicando aream 20 µm per 20 μm (n=4).An XPS (PHI 5000 VersaProbe, ULVAC PHI, Iaponia) systema cum Al Kα X-radii fonte instructum cum macula 100µm2 magnitudine adhibita est ad compositionem chemicam superficiem analysim adhibitam.A CA mensurae ratio instructa cum imagine photographica captae dynamicae (SmartDrop, FEMTOBIOMED, ​​South Korea) adhibita est ut liquida CA et SA metiretur.Pro unaquaque mensura, 6 ad 10 µl stilliculorum (aqua deionizata, sanguis equi, EG, 30% ethanol, et HD) ponuntur in superficie ad mensuram CA.Cum inclinatio anguli subiecti augetur celeritate 2°/s (n = 4), SA mensuratur cum guttatim cadit.
Pseudomonas aeruginosa [American Type Culture Collection (ATCC) 27853] et MRSA (ATCC 25923) empta sunt ab ATCC (Manassas, Virginia, USA), et stirps culturae -80°C conservata est.Ante usum, cultura congelata in soybean ius trypsin dilapsa (Komed, Corea) in 37°C per 18 horas incubatum est ac deinde bis ad illud excitandum translatum est.Post incubationem, cultura centrifuga est ad 10,000 rpm per 10 minuta ad 4°C et bis lavatur solutione PBS (pH 7.3).Culturae centrifugae tunc agaro laminae sanguine subcultae (BAP).MRSA et Pseudomonas aeruginosa paraverunt pernoctare et exculti in luria-Bertani.Concentratio Pseudomonas aeruginosa et MRSA in inoculo ab CFU suspensionis in dilutions in agar quantita- tive determinata erat.Deinde accommodes intentionem bacterial cum 0.5 McFarland vexillum, quod est aequivalens 108 CFU/ml.Tunc extenuant bacterial suspensionem 100 temporum ad 106 CFU/ml operationem.Adhaesionem antibacterial proprietates probandas, subiectum erat ante 121°C pro 15 minutis ante usum sterilis.Subiectum deinde ad 25 ml suspensionis bacterial translatum et incubatum 37°C vehementi concussione (200 rpm) per 12 et 72 horas.Post incubationem, substratum unumquodque ab incubatore remotum est et 3 temporibus cum PBS lotum, ut omnem bacteria in superficie natantem removeat.Ut biofilium in substratum observaret, biofilm cum methanolo fixus et 1 ml crimidine aurantiorum pro 2 minutis maculata erat.Tum microscopio fluorescens (BX51TR, Olympus, Iaponia) picturas biofilm inquinatae sumere solebat.Ad bilem substratum quantitare, cellulae adnexae per modum vortice globuli a substrato separatae sunt, quae methodus aptissima censebatur ad bacteria apposita removenda (n = 4).Forcipe sterilem utens, substratum ab incremento medium remove et laminam puteum ad liquidum detrahendum.Cellulae laxe affixae sublatae lavando bis sterilibus PBS.Quaelibet subiecta tunc translata est in tubulum sterilium testium continens 9 ml 0,1% interdum ep salinarum (PSW) et 2 g 20 ad 25 grana sterilia vitrea (0,4 ad 0,5 mm diametro).Tum per 3 minutas minutas voragines erat ut cellulas a sample dimoveret.Post vorticem, suspensio serially diluta est 10-plica cum 0.1% PSW, et tunc 0.1 ml singulorum dilutio in BAP inoculata est.Post 24 horas incubationis 37°C, CFU manually numeratus est.
Ad cellulas, mus fibroblastas NIH/3T3 (CRL-1658; American ATCC) et mus macrophages RAW 264.7 (TIB-71; American ATCC) adhibitae sunt.Dulbecco usus est mutatio mediae aquilae (DMEM; LM001-05, Welgene, Coreae) ad culturam mus fibroblastarum et supplementum cum serum vitulorum 10% (S103-01, Welgene) et 1% penicillin-streptomycin (PS ; LS202-02, Welgene (Welgene) ). Cellae incubatae pernoctare 37°C et 5% CO2. ad 37°C pro 30 minutes , fluorescein, fluorescein isothiocyanate-albumin (A9771, Sigma-Aldrich, Germania) et plasma humanum The Alexa Fluor 488 fibrinogen coniugatum (F13191, Invitrogen, USA) dissolutum est in PBS (10 mM, pH 7.4).Concentrationes albuminorum et fibrinogenum erant 1 et 150 μg/ml, respectively.Post substrati Ante immersionem in solutionem interdum dapibus, eos cum PBS ad superficiem rehydrant ablue.Tunc omnia subiecta in laminam sex bene continens solutionem interdum continens et incubant 37°C pro 30 et 90 minuta.Post incubationem, Subiectum tunc a solutione interdum remotum est, cum PBS 3 temporibus leniter ablutum est, et cum 4% paraformaldehyde firmatum (n = 4 pro singulis interdum).Pro calcium, sodium chloridum (0.21 M) et phosphas potassium (3.77 mM) ) Solutum est in aqua deionizata.Solutio pH ad 2.0 accommodata est, solutione hydrochloride addendo (1M).Tum calcium chloridum (5.62 mM) in solutione solutum est.Addendo 1M tris (hydroxymethyl) -amino Methane pH solutionis ad 7.4.Immergunt omnia subiecta in lamella sex bene repleta 1.5× solutione calcii phosphatae et a solutione post 30 minuta remove.Ad maculandum, 2 g Alizarin S rubri (CI 58005) Misce cum 100 ml aquae deionizatae.Deinde utere hydroxide ammonium 10% ad componendum pH ad 4. Subiectum tinge solutionem Alizarin cum 5 minutis rubris, et dein fucum excessum excuti et dele.Post processum quassationem, substratum remove.Materia dehydrata est, dein per 5 minuta in acetone immersa, deinde in acetono-xylene immersa (1: 1) solutione 5 minutarum, et tandem xylene lavatur (n = 4).Microscopium fluorescens (Axio Imager) cum 10 et ×20 lentis obiectivis adhibetur..A2m, Zeiss, Germania) imagines omnes subiectae sunt.ImageJ/FIJI (https://imagej.nih.gov/ij/) adhibitum est ad quantitare adhaesionem datam substantiarum biologicarum in singulis coetus quattuor locis imaginatio diversis.Omnes imagines ad binas imagines converte fixa liminibus ad comparationem subiectam.
A Zeiss LSM 700 microscopii confocale adhibebatur ad Monitor stabilitatem strati ducatus in PBS in modo reflexionis.Fluorinum-substructio SAM vitreum infusum specimen cum strato injecto lubricante in solutione PBS immersum est, et per commotionem orbitalem (SHO-1D; Daihan Scientific, Coreae Meridionalis) sub lenis conditionibus quassantibus (120 rpm) immersit.Accipe specimen et monitor iacturam ducatus metiendo amissionem lucis reflexae.Ad acquirendam fluorescentiam imaginum in modum reflexionis, specimen 633 nm laser expositum est et inde colligitur, quia lumen ab exemplo reductum erit.Exempla in intervallis temporis 0, 30, 60, et 120 horarum mensurae sunt.
Ut influxum immutationis superficiei processus in proprietatibus orthopaedicis implantatorum nanomechanicis determinaret, homo nanoindenter (TI 950 TriboIndenter, Hysitron, USA) instructus cum apice adamantino Berkovich pyramidis triquetriformi formandis usus est ad nanoindenedione.Vertex onus 10 mN est et area 100µmx 100µm sunt.Pro omnibus mensuris, onerationis et exonerationis tempus est 10 s, et tempus tenens sub apicem incisum onus 2 s.Mensuras sume ex quinque locis diversis et accipe medium.Ad aestimandas vires mechanicas sub onere perficiendas, trium punctorum flexionis transversus test fiebat utens machinae probativae universalis (Instron 5966, Instron, USA).Subiectum comprimitur ad ratam constantem 10 N/s cum onere aucto.Programma programmatum universalis Bluehill (n = 3) computare solebat modulum flexurale et vim compressivam maximam.
Ut simulare processum operationis et damnum relatum mechanicum in operatione causatum, processus operationis in vitro fiebat.Femuri collecti sunt ex cuniculis albis in Novo Zelandia exsecutis.Femoris purgatum et fixum in 4% paraformaldehyde pro 1 septimana.Ut in methodo experimenti animalis descriptus, femur fixum surgically operatum est.Post operationem, orthopaedica implantatio sanguinis (sanguinis equi, KISAN, Corea) immersa est ut 10 confirmaret utrum sanguis adhaesiones factae sint postquam iniuria mechanica applicata est (n = 3).
A summa 24 masculi Novae Zelandiae cuniculorum alborum (pondus 3.0 ad 3.5kg, aetas mediocris 6 mensium) passim in quattuor circulos divisa sunt: ​​nuda negativa, nuda positiva, SHP et LOIS.Omnes rationes animalium inter se factae sunt secundum ethica signa Institutionis Animalis Curae et Usus Committee (IACUC probatus, KOREA-2017-0159).Orthopaedica implantatio laminae densis cum quinque foraminibus (longitudo 41 mm, latitudo 7 mm et crassitudo 2 mm) et cochlearum corticalis obfirmatis (longitudo 12 mm, diametri 2.7 mm) pro fractura fixationis.Exceptis catillis illis et cochleis in coetus nudis-negativo adhibitis, omnes laminae et cochleae in suspensione MRSA incubatae (106 CFU/ml) pro 12 horis.Circulus nudus-negativus (n = 6) cum superficie nuda tractata est sine nuditate ad suspensionem bacterial, sicut imperium negativum pro contagione.Circulus positivus nuda (n = 6) tractata est cum superficie nuda implantationis bacteria exposita sicut imperium positivum infectio.Coetus SHP (n = 6) tractatum est cum SHP inserit bacterialiter exposita.Coetus denique LOIS cum bacterial-exposito LOIS inserit (n = 6).Omnia animalia in cavea servantur, et multum cibi et aquae praebentur.Ante operationem, lepores XII horis ieiunaverunt.Animalia anesthetizata per iniectionem intramuscularem xylazine (5mg/kg) et iniectionem intravenae paclitaxel (3mg/kg) inductionis.Post hoc, libera 2% isofluranum et 50% ad 70% oxygenii medici (rasti fluentis 2 L/min) per systema respiratorium ad anesthesiam conservandam.Per directum accessum ad femoris lateralis inseritur.Post capillorum amotionem et disinfection cutis povidone-iodium, incisio circa 6 cm longa facta est extrinsecus femoris sinistri medii.Aperiendo rima inter musculos femoris tegentes, plene exposita femur.Pone laminam in fronte scapi femoris et cum quatuor cochleis eam fige.Post fixationem, utere lamina serrae (1 mm crassa) ad fracturam artificiose faciendam in area inter secundum foramen et quartum foramen.In fine operationis vulnus salina lotum est et suturis clausum.Uterque lepus subcutaneus cum enrofloxacino injectus est ( 5 mg / kg ) dilutum in salina tertia.Postoperativa X-radii femoris in omnibus animalibus (0, 7, 14, 21, 28, et 42 diebus sumti sunt) ad osteotomy ossis confirmandum.Post anesthesiam altam, omnia animalia intravenosa KCl (2 mmol/kg) in diebus 28 et 42 interfecti sunt.Post executionem, femur micro-CT lustrabatur ad observandum et comparandum processum sanationis ossis et novam formationem ossis inter quattuor circulos.
Post executionem collecti sunt telae molles, quae directae cum insitis orthopaedicae erant.TEXTUS fixum in 10% neutrum buffered formalin pernoctare ac deinde in EtOH dehydratum.TEXTUS dehydratus in paraffin immersit et sectione in crassitudine 40 μm microtomi usus est (400CS; EXAKT, Germania).Ut contagione insito, H&E maculant et MT maculant fiebant.Ad reprimendam exercitus responsionem, textus sectioned lepus anti-TNF-α incubatus est anticorporis primarius (AB6671, Abcam, USA) et lepus anti-IL-6 (AB6672; Abcam, USA), et deinde equiradish tractatus.Oxidase.Applicare complexum avidin-biotin (ABC) systematis tinctis ad sectiones secundum instructiones fabricae.Ut appareat sicut productum reactionem fuscum, 3,3-diaminobenzidine in omnibus partibus adhibita est.Digital slide scanner (Pannoramica 250 Flash III, 3DHISTECH, Hungaria) ad visualizandas omnes pecias adhibita est, et saltem quattuor subiecta in singulis sodalitatibus per programmatum ImageJ enucleata sunt.
Imagines X-radii in omnibus animalibus post chirurgiam desumptae sunt et qualibet septimana ad fracturam monitoris sanandam (n=6 per group).Post executionem, summus resolutio micro-CT formationem calli circa femur post sanationem computare solebat.Obtenta femur mundatum est, in 4% paraformaldehyde fixum per 3 dies, et in 75% ethanolicum dehydratum.Ossa dehydrata tunc lustrata sunt adhibitis micro-CT (SkyScan 1173, Brooke Micro-CT, Kandy, Belgium) ad 3D imagines voxel generandas (2240×2240 elementa) exempli ossis.Utere 1.0 mm Al filter ad strepitum sonum reducendum et ad omnia lustrat altam resolutionem applica (E = 133 kVp, I = 60 µA, integratio temporis = 500 ms).Programma Nrecon (versio 1.6.9.8, Bruker microCT, Kontich, Belgium) generare solebat volumen 3D exempli lustrati ex proiectione laterali 2D acquisita.Pro analysi, 3D imago restituta dividitur in cubulos 10mm×10mm×10mm secundum situm fracturae.Calculare callum extra corticali os.DataViewer (versio 1.5.1.2; Bruker microCT, Kontich, Belgium) programmata adhibita ad digitally redirectum volumen osseum, et CT-Analyzer (versio 1.14.4.1; Bruker microCT, Kontich, Belgium) programmata analysi adhibita sunt.Relativa effusio x-radii coefficientium in osse maturi et calli densitate distinguuntur, ac deinde calli quantitatis (n = 4).Ad confirmandam biocompatibilitatem LOIS processum sanationis ossis non tardat, additi analysis X-radii et micro-CT in duobus cuniculis: nudi-negative et LOIS.Ambae catervae in VI ebdomada supplicium sunt.
Femuri ab animalibus immolatis colligebantur et in 4% paraformaldehyde fixae per 3 dies sunt.Orthopaedicum implantatio diligenter a femoris removetur.Femur decalceatum per 21 dies utendo 0.5 M EDTA (EC-900, Corporation National Diagnostics).Tunc femur decalcicatus immersus est in EtOH ad faciendum illud dehydratum.Femur dehydratum in xylene remotum et in paraffin haerebat.Tunc specimen latum cum microtome rotundo (Leica RM2255, Leica Biosystems, Germania) cum crassitudine 3 µm dividebatur.PRO TELLUS tinctis (F6760, Sigma-Aldrich, Germania), specimina sectioned deparaffinata, rehydrata et incubata in TELONE gerentis ad 37°C pro 1 hora.Imagines quaesitae sunt utendo lapsus scanner (Pannoramica 250 Flash III, 3DHISTECH, Hungaria) et quanta mensurando coverage aream maculatam.In unaquaque experientia, saltem quattuor subiecta in singulis sodalitatibus per programmatum ImageJ enucleata sunt.
Analysis statistica significatio facta est utendo GraphPad Prismate (GraphPad Software Inc., USA).Innuptae experimento et uno modo analysi discriminis (ANOVA) adhibiti sunt ad probandas differentias inter coetus aestimationis.Gradus significatio in figura indicatur hoc modo: *P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001 et ****P<0.0001;NS nulla differentia notabilis.
Ad materias accessiones huius articuli, videbis http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/44/eabb0025/DC1
Hic aditus apertus est articulus distributus sub terminis Licentiae Commercialis Creative Commons Attributionis, quae usum, distributionem et reproductionem in aliquo medio permittit, dummodo usus non sit lucri commercialis et praemissa originalia. opus est verum.Relatio.
Nota: Tantum rogamus te ut inscriptionem electronicam praebeas ut persona paginae quam commendes sciat te velle eos videre inscriptionem et electronicam non esse spam.Inscriptionem electronicam nullam capiemus.
Haec quaestio probabat num es visitator humanus et ne submissionibus latis spam.
Choe Kyung Min, Oh Young Jang, Park Jun Joon, Lee Jin Hyuk, Kim Hyun Cheol, Lee Kyung Luna, Lee Chang Kyu, Lee Yeon Taek, Lee Sun-uck, Jeong Morui
Antibacteriales et immunes evadunt coatinges implantatorum orthopaedicarum infectiones reducere possunt et responsiones immunes per infectiones causatas.
Choe Kyung Min, Oh Young Jang, Park Jun Joon, Lee Jin Hyuk, Kim Hyun Cheol, Lee Kyung Luna, Lee Chang Kyu, Lee Yeon Taek, Lee Sun-uck, Jeong Morui
Antibacteriales et immunes evadunt coatinges implantatorum orthopaedicarum infectiones reducere possunt et responsiones immunes per infectiones causatas.
©2021 American Associationis ad profectum Scientiae.omnia iura reservata.AAAS HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef et CONTRA.ISSN 2375-2548.