Pikeun pasien anu ngalaman operasi implan orthopedic, inféksi baktéri sareng réspon imun anu disababkeun ku inféksi sok janten résiko anu ngancam kahirupan.Bahan biologis konvensional rentan ka kontaminasi biologis, anu nyababkeun baktéri nyerang daérah anu luka sareng nyababkeun inféksi pasca operasi.Ku alatan éta, aya kabutuhan urgent pikeun ngembangkeun anti-inféksi jeung palapis ngewa imun pikeun implants orthopedic.Di dieu, kami geus ngembangkeun hiji téhnologi modifikasi permukaan canggih pikeun implants orthopedic disebut Lubricated Orthopedic Implant Surface (LOIS), nu diideuan ku beungeut lemes tina pitchers tutuwuhan kendi.LOIS gaduh panolakan cairan anu tahan lama sareng kuat kana rupa-rupa cair sareng zat biologis (kalebet sél, protéin, kalsium sareng baktéri).Sajaba ti éta, urang dikonfirmasi durability mékanis ngalawan goresan sarta gaya ngaropéa ku simulating karuksakan dilawan salila bedah in vitro.Model narekahan femoral radang sungsum tulang kelenci ieu dipaké pikeun tuntas diajar skala anti-biologis jeung kamampuhan anti-inféksi LOIS.Kami ngabayangkeun yén LOIS, anu gaduh sipat anti-biofouling sareng daya tahan mékanis, mangrupikeun léngkah maju dina bedah ortopedi anu henteu aya inféksi.
Kiwari, alatan sepuh sakabéh, jumlah penderita nalangsara ti kasakit orthopedic (kayaning fractures manula, kasakit sendi degenerative, sarta osteoporosis) geus greatly ngaronjat (1, 2).Ku alatan éta, lembaga médis ngagantelkeun pentingna hébat kana bedah orthopedic, kaasup implants orthopedic of screws, piring, kuku jeung sendi jieunan (3, 4).Sanajan kitu, implants orthopedic tradisional geus dilaporkeun janten susceptible kana adhesion baktéri sarta formasi biofilm, nu bisa ngabalukarkeun inféksi situs bedah (SSI) sanggeus bedah (5, 6).Sakali biofilm kabentuk dina beungeut implan orthopedic, ngaleupaskeun biofilm jadi hésé pisan sanajan ngagunakeun dosis badag antibiotik.Ku alatan éta, biasana ngabalukarkeun inféksi postoperative parna (7, 8).Alatan masalah di luhur, pengobatan implants kainféksi kedah ngawengku operasi deui, kaasup ngaleupaskeun sakabéh implants jeung jaringan sabudeureun;kituna, sabar bakal sangsara nyeri parna sarta sababaraha resiko (9, 10).
Pikeun ngajawab sababaraha masalah ieu, implants orthopedic ubar-eluting geus dimekarkeun pikeun nyegah inféksi ku ngaleungitkeun baktéri napel beungeut cai (11, 12).Sanajan kitu, strategi masih nembongkeun sababaraha watesan.Parantos dilaporkeun yén implantasi jangka panjang tina implant obat-éluting parantos nyababkeun karusakan kana jaringan sakurilingna sareng nyababkeun peradangan, anu tiasa ngakibatkeun nekrosis (13, 14).Salaku tambahan, pangleyur organik anu tiasa aya saatos prosés manufaktur implan ortopedi anu ngabebaskeun ubar, anu dilarang pisan ku Administrasi Pangan sareng Narkoba AS, peryogi léngkah-léngkah pemurnian tambahan pikeun nyumponan standarna (15).Implants-eluting ubar nangtang pikeun sékrési obat anu dikontrol, sareng kusabab beban ubar anu terbatas, aplikasi jangka panjang ubar henteu tiasa dilaksanakeun (16).
Strategi umum anu sanésna nyaéta pikeun nutupan susuk ku polimér antifouling pikeun nyegah zat biologis sareng baktéri nempel kana permukaan (17).Contona, polimér zwitterionic geus narik perhatian alatan sipat non-napel na nalika kontak jeung protéin plasma, sél, jeung baktéri.Sanajan kitu, eta boga sababaraha watesan patali stabilitas jangka panjang sarta durability mékanis, nu ngahalangan aplikasi praktis na di implants orthopedic, utamana kusabab scraping mékanis salila prosedur bedah (18, 19).Sajaba ti éta, alatan biocompatibility tinggi na, kurangna kabutuhan bedah ngaleupaskeun, sarta sipat beberesih permukaan ngaliwatan korosi, implants orthopedic dijieunna tina bahan biodegradable geus dipaké (20, 21).Salila korosi, beungkeut kimia antara matriks polimér direcah sarta dipisahkeun tina beungeut cai, sarta panganut ngabersihan beungeut cai.Sanajan kitu, fouling anti biologis ku beberesih permukaan éféktif dina jangka waktu pondok.Salaku tambahan, kalolobaan bahan anu tiasa diserep kalebet poli (kopolimer asam laktat-glikolat) (PLGA), asam polylactic (PLA) sareng alloy dumasar-magnésium bakal ngalaman biodegradasi sareng erosi anu henteu rata dina awak, anu bakal mangaruhan stabilitas mékanis.(duapuluh dua).Sajaba ti éta, fragmen piring biodegradable nyadiakeun tempat pikeun baktéri ngagantelkeun, nu ngaronjatkeun kasempetan inféksi dina jangka panjang.Résiko degradasi mékanis sareng inféksi ieu ngabatesan aplikasi praktis bedah plastik (23).
Superhydrophobic (SHP) surfaces nu meniru struktur hirarki daun lotus geus jadi solusi poténsial pikeun surfaces anti fouling (24, 25).Lamun beungeut SHP ieu immersed dina cairan, gelembung hawa bakal trapped, kukituna ngabentuk kantong hawa sarta nyegah adhesion baktéri (26).Sanajan kitu, studi panganyarna geus ditémbongkeun yén beungeut SHP boga kalemahan patali durability mékanis jeung stabilitas jangka panjang, nu hinders aplikasi na di implants médis.Sumawona, kantong hawa bakal ngabubarkeun sareng kaleungitan sipat anti-foulingna, sahingga nyababkeun adhesion baktéri anu langkung ageung kusabab lega permukaan permukaan SHP (27, 28).Anyar-anyar ieu, Aizenberg sareng rekan-rekan ngenalkeun metode inovatif pikeun palapis permukaan anti-biofouling ku ngembangkeun permukaan anu mulus anu diideuan ku pabrik kendi Nepenthes (29, 30).Beungeut anu mulus nunjukkeun stabilitas jangka panjang dina kaayaan hidrolik, panolak cair pisan pikeun cairan biologis, sareng gaduh sipat ngalereskeun diri.Nanging, teu aya padika pikeun nerapkeun palapis kana susuk médis anu ngawangun kompleks, atanapi henteu kabuktian ngadukung prosés nyageurkeun jaringan anu ruksak saatos implantasi.
Di dieu, urang ngenalkeun permukaan susuk orthopedic lubricated (LOIS), permukaan susuk orthopedic mikro / nano-terstruktur tur pageuh digabungkeun jeung lapisan pelumas ipis pikeun nyegah tina pakait sareng bedah plastik Inféksi baktéri, kayaning fiksasi narekahan.Kusabab struktur micro / nano-tingkat fluorine-functionalized pageuh ngalereskeun pelumas dina struktur, anu LOIS dimekarkeun pinuh bisa ngusir adhesion rupa cair jeung ngajaga kinerja anti fouling keur lila.Palapis LOIS tiasa diterapkeun kana bahan tina rupa-rupa bentuk anu dimaksud pikeun sintésis tulang.Sipat anti-biofouling LOIS anu alus teuing ngalawan baktéri biofilm [Pseudomonas aeruginosa sareng Staphylococcus aureus (MRSA) anu tahan methicillin] sareng zat biologis (sél, protéin sareng kalsium) parantos dikonfirmasi sacara in vitro.Laju adhesion of adhesion éksténsif kana substrat kirang ti 1%.Sajaba ti éta, sanajan sanggeus stress mékanis kayaning scratching permukaan lumangsung, penyembuhan diri disababkeun ku pelumas penetrating mantuan ngajaga sipat anti fouling na.Hasil uji ketahanan mékanis nunjukkeun yén sanajan saatos modifikasi struktural sareng kimia, kakuatan total moal ngirangan sacara signifikan.Sajaba ti éta, hiji percobaan in vitro nu simulates stress mékanis dina lingkungan bedah dilumangsungkeun pikeun ngabuktikeun yén LOIS bisa tahan rupa stresses mékanis anu lumangsung salila bedah plastik.Tungtungna, urang ngagunakeun modél narekahan femoral vivo basis kelenci, nu ngabuktikeun yén LOIS miboga sipat antibakteri unggulan sarta biocompatibility.Hasil radiologis sareng histologis dikonfirmasi yén paripolah pelumas anu stabil sareng sipat anti-biofouling dina 4 minggu saatos implantasi tiasa ngahontal épéktip anti-inféksi sareng kamampuan ngewa imun tanpa ngalambatkeun prosés penyembuhan tulang.
Gambar 1A nembongkeun diagram skéma tina LOIS dimekarkeun, nu geus implanted kalawan mikro / struktur nano-skala dina model narekahan femoral kelenci pikeun ngonfirmasi fouling anti biologis sarta sipat anti-inféksi na alus teuing.Métode biomimétik dilaksanakeun pikeun nyonto permukaan pepelakan pot cai, sareng pikeun nyegah biofouling ku cara ngalebetkeun lapisan pelumas dina struktur mikro/nano permukaan.Beungeut anu disuntik ku pelumas tiasa ngaleutikan kontak antara zat biologis sareng permukaan.Ku alatan éta, alatan formasi beungkeut kimia stabil dina beungeut cai, éta boga kinerja antifouling alus teuing jeung stabilitas jangka panjang.Hasilna, sipat anti-biofouling tina permukaan lubricating ngamungkinkeun rupa aplikasi praktis dina panalungtikan biomedis.Sanajan kitu, panalungtikan éksténsif ngeunaan kumaha permukaan husus ieu berinteraksi dina awak teu acan réngsé.Ku ngabandingkeun LOIS jeung substrat taranjang in vitro maké albumin jeung biofilm baktéri, non-adhesiveness of LOIS bisa dikonfirmasi (Gambar 1B).Sajaba ti éta, ku rolling kaluar titik-titik cai dina substrat bulistir condong jeung substrat LOIS (Gambar S1 jeung Movie S1), kinerja kontaminasi biologis bisa nunjukkeun.Ditémbongkeun saperti dina gambar mikroskop fluoresensi, substrat kakeunaan incubated dina gantung protéin jeung baktéri némbongkeun jumlah badag bahan biologis adhering kana beungeut cai.Sanajan kitu, alatan sipat anti biofouling alus teuing, LOIS boro mintonkeun fluoresensi nanaon.Pikeun ngonfirmasi sipat anti-biofouling sareng anti-inféksi, LOIS diterapkeun kana permukaan implan orthopedic pikeun sintésis tulang (pelat sareng sekrup) sareng disimpen dina modél fraktur kelenci.Sateuacan implantasi, implan orthopedic taranjang sareng LOIS diinkubasi dina gantung baktéri salami 12 jam.Pra-inkubasi mastikeun yén biofilm kabentuk dina beungeut implan anu kakeunaan pikeun babandingan.Gambar 1C nunjukkeun poto situs narekahan 4 minggu saatos implantasi.Di kénca, kelenci sareng susuk orthopedic bulistir nunjukkeun tingkat peradangan parah kusabab kabentukna biofilm dina permukaan susuk.Hasil anu sabalikna dititénan dina kelenci anu dipelak kalayan LOIS, nyaéta, jaringan sakurilingna LOIS henteu nunjukkeun tanda-tanda inféksi atanapi tanda-tanda peradangan.Sajaba ti éta, gambar optik dina kénca nunjukkeun situs bedah tina kelenci jeung susuk kakeunaan, nunjukkeun yén euweuh sababaraha napel hadir dina beungeut susuk kakeunaan kapanggih dina beungeut LOIS.Ieu nunjukkeun yén LOIS gaduh stabilitas jangka panjang sareng gaduh kamampuan pikeun ngajaga fouling anti-biologis sareng sipat anti-adhesion.
(A) diagram Schematic of LOIS na implantation na dina modél narekahan femoral kelenci.(B) Gambar mikroskop fluoresensi protéin sareng biofilm baktéri dina permukaan bulistir sareng substrat LOIS.4 minggu saatos implantasi, (C) gambar fotografik situs narekahan sareng (D) gambar sinar-X (disorot ku sagi opat beureum).Gambar kahadean: Kyomin Chae, Universitas Yonsei.
Kelenci anu disterilisasi, kakeunaan anu dipelak sacara négatip nunjukkeun prosés nyageurkeun tulang normal tanpa aya tanda-tanda peradangan atanapi inféksi.Di sisi anu sanés, implan SHP anu tos diinkubasi dina suspénsi baktéri nunjukkeun peradangan anu aya hubunganana sareng inféksi dina jaringan sakurilingna.Ieu tiasa disababkeun ku henteu mampuh ngahambat adhesion baktéri pikeun waktos anu lami (Gambar S2).Pikeun ngabuktikeun yén LOIS henteu mangaruhan prosés penyembuhan, tapi ngahambat kamungkinan inféksi anu aya hubunganana sareng implantasi, gambar sinar-X tina matriks positip anu kakeunaan sareng LOIS dina situs narekahan dibandingkeun (Gambar 1D).Gambar X-ray tina susuk positif bulistir némbongkeun garis osteolysis pengkuh, nunjukkeun yén tulang teu lengkep healed.Ieu nunjukkeun yén prosés recovery tulang bisa jadi greatly nyangsang alatan peradangan patali inféksi.Sabalikna, éta némbongkeun yén kelenci dipelak kalawan LOIS geus healed sarta henteu némbongkeun sagala situs narekahan atra.
Dina raraga ngamekarkeun implants médis kalawan stabilitas jangka panjang sarta fungsionalitas (kaasup lalawanan ka biofouling), loba usaha geus dilakukeun.Nanging, ayana rupa-rupa zat biologis sareng dinamika adhesion jaringan ngabatesan pamekaran metode anu dipercaya sacara klinis.Dina raraga nungkulan shortcomings ieu, kami geus ngembangkeun hiji mikro / nano struktur layered jeung kimia dirobah permukaan, nu dioptimalkeun alatan gaya kapilér tinggi na pangirut kimiawi pikeun ngajaga pelumas smoothest ka extent greatest.Gambar 2A nembongkeun prosés manufaktur sakabéh LOIS.Mimiti, nyiapkeun substrat stainless steel (SS) 304 kelas médis.Bréh, struktur mikro / nano kabentuk dina substrat SS ku etching kimiawi ngagunakeun asam hidrofluorat (HF) solusi.Pikeun mulangkeun résistansi korosi SS, leyuran asam nitrat (HNO3) (31) dipaké pikeun ngolah substrat etched.Passivation ningkatkeun résistansi korosi substrat SS sareng sacara signifikan ngalambatkeun prosés korosi anu tiasa ngirangan kinerja LOIS.Lajeng, ku ngabentuk monolayer timer dirakit (SAM) kalawan 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyltriethoxysilane (POTS), beungeut ieu kimia dirobah pikeun ngaronjatkeun interaksi kimiawi antara beungeut jeung lemes pelumas Affinity.Modifikasi permukaan sacara signifikan ngirangan énergi permukaan permukaan terstruktur mikro / skala nano anu didamel, anu cocog sareng énergi permukaan pelumas lemes.Hal ieu ngamungkinkeun pelumas nu jadi lengkep baseuh, kukituna ngabentuk lapisan pelumas stabil dina beungeut cai.Permukaan anu dirobih nunjukkeun hidrofobik anu ditingkatkeun.Hasilna nunjukkeun yén pelumas leueur nunjukkeun paripolah anu stabil dina LOIS kusabab afinitas kimiawi anu luhur sareng gaya kapiler anu disababkeun ku struktur mikro / nano (32, 33).Parobihan optik dina permukaan SS saatos modifikasi permukaan sareng suntikan pelumas ditaliti.Struktur lapisan mikro/nano kabentuk dina beungeut cai bisa ngabalukarkeun parobahan visual jeung darken beungeut cai.Fenomena ieu dikaitkeun kana pangaruh paburencay cahaya anu ditingkatkeun dina permukaan kasar, anu ningkatkeun pantulan diffuse disababkeun ku mékanisme trapping cahaya (34).Salaku tambahan, saatos pelumas disuntik, LOIS janten langkung poék.Lapisan lubricating ngabalukarkeun kirang cahaya anu reflected ti substrat, kukituna darkening LOIS.Dina raraga ngaoptimalkeun mikrostruktur / nanostruktur pikeun nembongkeun sudut ngageser pangleutikna (SA) pikeun ngahontal kinerja anti biofouling, scanning mikroskop éléktron (SEM) jeung pasangan atom dipaké pikeun ngalakukeun béda HF etching kali (0, 3)., 15 jeung 60 menit) Angkatan Mikroskop (AFM) (Gambar 2B).Gambar SEM sareng AFM nunjukkeun yén saatos sababaraha waktos etching (3 menit etching), substrat bulistir parantos ngabentuk kasarna skala nano anu henteu rata.The roughness permukaan robah kalawan waktu etching (Gambar S3).Kurva waktos-varying nunjukeun yen roughness permukaan terus ningkat sarta ngahontal puncak dina 15 menit etching, lajeng ngan saeutik panurunan dina nilai roughness dititénan dina 30 menit etching.Dina titik ieu, kakasaran nano-tingkat etched jauh, sedengkeun roughness-tingkat mikro tumuwuh vigorously, sahingga roughness robah leuwih stabil.Saatos etching pikeun leuwih ti 30 menit, ngaronjat roughness salajengna dititénan, nu dipedar di jéntré saperti kieu: SS diwangun ku baja, alloyed kalawan elemen kaasup beusi, kromium, nikel, molybdenum sarta loba elemen séjén.Diantara elemen ieu, beusi, kromium jeung molybdenum maénkeun peran penting dina ngabentuk micron / roughness skala nano dina SS ku HF etching.Dina tahap awal korosi, beusi jeung kromium utamana corroded sabab molybdenum boga résistansi korosi leuwih luhur batan molybdenum.Salaku etching progresses, solusi etching ngahontal oversaturation lokal, ngabentuk fluorida jeung oksida disababkeun ku etching.Fluorida jeung oksida endapanana sarta ahirna disimpen deui dina beungeut cai, ngabentuk kasarna permukaan dina rentang micron/nano (31).Kakasaran tingkat mikro / nano ieu maénkeun peran anu penting dina sipat penyembuhan diri LOIS.Beungeut skala ganda ngahasilkeun éfék sinergis, greatly ngaronjatkeun gaya kapilér.Fenomena ieu ngamungkinkeun pelumas pikeun nembus permukaan sacara stabil sareng nyumbang kana sipat penyembuhan diri (35).Wangunan roughness gumantung kana waktu etching.Dina 10 menit etching, beungeut ngandung ukur roughness skala nano, nu teu cukup pikeun nahan pelumas cukup pikeun mibanda résistansi biofouling (36).Di sisi séjén, lamun waktu etching ngaleuwihan 30 menit, roughness nano-skala dibentuk ku redeposition beusi jeung kromium bakal ngaleungit, sarta ngan roughness skala mikro bakal tetep alatan molybdenum.Beungeut over-etched lacks roughness skala nano jeung leungit pangaruh sinergis roughness dua-tahap, nu négatip mangaruhan ciri timer penyembuhan of LOIS.Pangukuran SA dilaksanakeun dina substrat kalayan waktos etching anu béda pikeun ngabuktikeun kinerja anti fouling.Rupa-rupa jenis cair dipilih dumasar kana viskositas sareng énergi permukaan, kalebet cai deionisasi (DI), getih, étiléna glikol (EG), étanol (EtOH) sareng héksadekana (HD) (Gambar S4).Pola etching waktos-variasi nunjukkeun yén pikeun rupa-rupa cair kalayan énergi permukaan sareng viskositas anu béda, SA LOIS saatos 15 menit etsa mangrupikeun panghandapna.Ku alatan éta, LOIS dioptimalkeun pikeun etch salila 15 menit pikeun ngabentuk micron na roughness skala nano, nu cocog pikeun éféktif ngajaga durability tina pelumas sarta sipat anti fouling alus teuing.
(A) diagram skéma tina prosés manufaktur opat léngkah LOIS.Inset nunjukkeun SAM kabentuk dina substrat.(B) SEM na AFM gambar, dipaké pikeun ngaoptimalkeun mikro / struktur nano substrat dina kali etching béda.X-ray photoelectron spéktroskopi (XPS) spéktrum (C) Cr2p jeung (D) F1s sanggeus passivation permukaan jeung palapis SAM.au, hijian wenang.(E) Gambar wawakil titik-titik cai dina substrat bulistir, etched, SHP na LOIS.(F) Sudut kontak (CA) jeung SA pangukuran cairan kalawan tegangan permukaan béda dina SHP na LOIS.Data dikedalkeun salaku mean ± SD.
Saterusna, pikeun mastikeun parobahan dina sipat kimia permukaan, X-ray photoelectron spéktroskopi (XPS) dipaké pikeun nalungtik parobahan dina komposisi kimia beungeut substrat sanggeus unggal palapis permukaan.Gambar 2C nembongkeun hasil pangukuran XPS tina beungeut HF etched jeung HNO 3 beungeut dirawat.Dua puncak utama dina 587.3 sareng 577.7 eV tiasa dikaitkeun kana beungkeut Cr-O anu aya dina lapisan kromium oksida, anu mangrupikeun bédana utama tina permukaan etched HF.Ieu utamana alatan konsumsi beusi jeung kromium fluorida dina beungeut cai ku HNO3.Etching basis HNO3 ngamungkinkeun kromium pikeun ngabentuk lapisan oksida passivating dina beungeut cai, nu ngajadikeun SS etched deui tahan ka korosi.Dina Gambar 2D, spéktra XPS dicandak pikeun ngonfirmasi yén silane dumasar-fluorokarbon kabentuk dina beungeut cai sanggeus palapis SAM, nu boga repellency cair pisan tinggi malah keur EG, getih jeung EtOH.Lapisan SAM réngsé ku ngaréaksikeun gugus fungsi silane sareng gugus hidroksil anu dibentuk ku perlakuan plasma.Hasilna, paningkatan anu signifikan dina puncak CF2 sareng CF3 dititénan.Énergi beungkeutan antara 286 jeung 296 eV nunjukkeun yén modifikasi kimiawi geus hasil réngsé ku palapis SAM.SHP nunjukkeun puncak CF2 (290.1 ​​​​eV) sareng CF3 (293.3 eV) anu kawilang ageung, anu disababkeun ku silane berbasis fluorokarbon anu kabentuk dina permukaan.Gambar 2E nembongkeun gambar optik wawakil pangukuran sudut kontak (CA) pikeun grup béda cai deionized dina kontak jeung bulistir, etched, SHP, sarta LOIS.Gambar-gambar ieu nunjukkeun yén permukaan etched janten hidrofilik kusabab struktur mikro / nano anu dibentuk ku étsa kimiawi supados cai deionisasi kaserep kana struktur.Nanging, nalika substrat dilapis ku SAM, substrat nunjukkeun panolak cai anu kuat, janten permukaan SHP kabentuk sareng daérah kontak antara cai sareng permukaan leutik.Tungtungna, panurunan dina CA dititénan dina LOIS, nu bisa attributed ka penetrasi pelumas kana microstructure nu, kukituna ngaronjatkeun wewengkon kontak.Dina raraga ngabuktikeun yén beungeut cai boga repellency cair alus teuing jeung sipat non-napel, LOIS ieu dibandingkeun jeung substrat SHP ku cara ngukur CA jeung SA ngagunakeun rupa cair (Gambar 2F).Rupa-rupa jenis cair dipilih dumasar kana viskositas sareng énergi permukaan, kalebet cai deionisasi, getih, EG, EtOH sareng HD (Gambar S4).Hasil pangukuran CA nunjukkeun yén nalika CA condong HD, nilai pangurangan CA, dimana CA ngagaduhan énergi permukaan panghandapna.Sajaba ti éta, LOIS tina CA sakabéh low.Nanging, pangukuran SA nunjukkeun fenomena anu béda pisan.Kacuali cai anu diionisasi, sadaya cairan napel kana substrat SHP tanpa lesot.Di sisi anu sanés, LOIS nunjukkeun SA anu rendah pisan, dimana nalika sadaya cairan dimiringkeun dina sudut anu langkung handap tina 10 ° ka 15 °, sadaya cairan bakal ngagulung.Ieu nunjukkeun pisan yén non-adhesiveness of LOIS leuwih hade tinimbang permukaan SHP.Sajaba ti éta, coatings LOIS ogé dilarapkeun ka rupa-rupa bahan, kaasup titanium (Ti), polyphenylsulfone (PPSU), polyoxymethylene (POM), polyether éter keton (PEEK) jeung polimér bioabsorbable (PLGA), Éta bahan orthopedic implantable (Gambar). S5)).Gambar berurutan tina titik-titik dina bahan anu dirawat ku LOIS nunjukkeun yén sipat anti-biofouling LOIS sami dina sadaya substrat.Salaku tambahan, hasil pangukuran CA sareng SA nunjukkeun yén sipat non-napel tina LOIS tiasa diterapkeun kana bahan sanés.
Pikeun mastikeun sipat anti fouling LOIS, rupa-rupa substrat (kaasup bulistir, etched, SHP sareng LOIS) diinkubasi sareng Pseudomonas aeruginosa sareng MRSA.Dua baktéri ieu dipilih salaku baktéri rumah sakit perwakilan, nu bisa ngakibatkeun formasi biofilms, ngarah ka SSI (37).Gambar 3 (A sareng B) nunjukkeun gambar mikroskop fluoresensi sareng hasil pangukuran unit pembentuk koloni (CFU) tina substrat anu diinkubasi dina gantung baktéri pikeun jangka pondok (12 jam) sareng jangka panjang (72 jam), masing-masing.Dina waktu anu singget, baktéri bakal ngabentuk klaster sarta tumuwuh dina ukuranana, nutupan diri jeung zat kawas mukus sarta nyegah panyabutan maranéhanana.Sanajan kitu, salila inkubasi 72-jam, baktéri bakal dewasa sarta jadi gampang bubar pikeun ngabentuk leuwih koloni atawa klaster.Ku alatan éta, bisa dianggap yén 72-jam inkubasi jangka panjang sarta mangrupakeun waktos inkubasi luyu pikeun ngabentuk biofilm kuat dina beungeut cai (38).Dina periode pondok waktu, beungeut etched jeung beungeut SHP exhibited adhesion baktéri, nu diréduksi ku ngeunaan 25% nepi ka 50% dibandingkeun jeung substrat bulistir.Nanging, kusabab kinerja sareng stabilitas anti-biofouling anu saé, LOIS henteu nunjukkeun adhesi biofilm baktéri dina jangka pondok sareng panjang.Diagram schematic (Gambar 3C) ngajelaskeun katerangan mékanisme fouling anti biologis solusi etching, SHP na LOIS.Anggapan yén substrat etched mibanda sipat hidrofilik bakal boga aréa permukaan leuwih badag batan substrat bulistir.Ku alatan éta, leuwih adhesion baktéri bakal lumangsung dina substrat etched.Sanajan kitu, dibandingkeun jeung substrat bulistir, substrat etched geus nyata kirang biofilm kabentuk dina beungeut cai.Ieu kusabab molekul cai ngabeungkeut pageuh kana beungeut hidrofilik sarta meta salaku pelumas pikeun cai, sahingga interfering jeung adhesion baktéri dina jangka pondok (39).Sanajan kitu, lapisan molekul cai pisan ipis jeung leyur dina suspénsi baktéri.Ku alatan éta, lapisan molekul cai ngaleungit pikeun lila, ngarah kana adhesion baktéri éksténsif jeung proliferasi.Pikeun SHP, alatan sipat non-wetting jangka pondok na, adhesion baktéri dipeungpeuk.The adhesion baktéri ngurangan bisa attributed ka kantong hawa trapped dina struktur layered jeung énergi permukaan handap, kukituna ngaminimalkeun kontak antara gantung baktéri jeung beungeut cai.Tapi, adhesion baktéri éksténsif dititénan dina SHP sabab leungit sipat anti fouling na keur lila.Ieu utamana alatan ilangna kantong hawa alatan tekanan hidrostatik jeung disolusi hawa dina cai.Ieu utamana alatan leungit tina kantong hawa alatan disolusi jeung struktur layered nu nyadiakeun aréa permukaan nu leuwih gede pikeun adhesion (27, 40).Beda sareng dua substrat ieu anu gaduh pangaruh anu penting dina stabilitas jangka panjang, pelumas anu aya dina LOIS disuntikkeun kana struktur mikro / nano sareng moal ngaleungit sanajan dina jangka panjang.Pelumas ngeusi struktur mikro / nano pisan stabil sarta kuat katarik kana beungeut cai alatan pangirut kimiawi tinggi maranéhanana, kukituna nyegah adhesion baktéri keur lila.Gambar S6 nembongkeun gambar mikroskop confocal cerminan tina substrat pelumas-infused immersed dina fosfat buffered saline (PBS).Gambar kontinyu nunjukkeun yén sanajan sanggeus 120 jam oyag saeutik (120 rpm), lapisan pelumas dina LOIS tetep unchanged, nunjukkeun stabilitas jangka panjang dina kaayaan aliran.Ieu alatan pangirut kimiawi tinggi antara palapis SAM basis fluorine jeung pelumas basis perfluorocarbon, ku kituna lapisan pelumas stabil bisa kabentuk.Ku alatan éta, kinerja anti fouling dijaga.Salaku tambahan, substrat diuji ngalawan protéin perwakilan (albumin sareng fibrinogén), anu aya dina plasma, sél anu raket patalina sareng fungsi imun (makrofag sareng fibroblast), sareng anu aya hubunganana sareng formasi tulang.Eusi kalsium kacida luhurna.(Gambar 3D, 1 jeung 2, jeung Gambar S7) (41, 42).Sajaba ti éta, gambar mikroskop fluoresensi tina test adhesion pikeun fibrinogén, albumin jeung kalsium némbongkeun ciri adhesion béda unggal grup substrat (Gambar S8).Salila formasi tulang, tulang jeung kalsium lapisan anyar kabentuk bisa ngurilingan susuk orthopedic, nu teu ngan ngajadikeun panyabutan hésé, tapi ogé bisa ngabalukarkeun ngarugikeun kaduga ka sabar salila prosés ngaleupaskeun.Ku alatan éta, tingkat low deposit kalsium dina pelat tulang jeung screws mangpaat pikeun bedah orthopedic nu merlukeun panyabutan susuk.Dumasar kana kuantitas daérah anu napel dumasar kana inténsitas fluoresensi sareng jumlah sél, kami negeskeun yén LOIS nunjukkeun sipat anti-biofouling anu saé pikeun sadaya zat biologis dibandingkeun sareng substrat sanés.Numutkeun hasil percobaan in vitro, LOIS fouling anti biologis bisa dilarapkeun ka implants orthopedic, nu teu ngan bisa ngahambat inféksi disababkeun ku baktéri biofilm, tapi ogé ngurangan peradangan disababkeun ku sistim imun aktif awak.
(A) Gambar mikroskop fluoresensi unggal grup (taranjang, etched, SHP sareng LOIS) diinkubasi dina Pseudomonas aeruginosa sareng suspensi MRSA salami 12 sareng 72 jam.(B) Jumlah CFU adherent of Pseudomonas aeruginosa na MRSA dina beungeut unggal grup.(C) diagram Schematic sahiji mékanisme fouling anti biologis jangka pondok tur jangka panjang etching, SHP na LOIS.(D) (1) Jumlah fibroblasts anut ka unggal substrat jeung gambar mikroskop fluoresensi sél anut kana bulistir jeung LOIS.(2) Adhesion test protéin nu patali imun, albumin jeung kalsium aub dina prosés penyembuhan tulang (* P <0.05, ** P <0.01, *** P <0.001 jeung **** P <0.0001).ns, teu penting.
Dina kasus tekenan kentel anu teu tiasa dihindari, daya tahan mékanis sok janten tantangan utama pikeun aplikasi palapis antifouling.Métode gél anti-kotoran tradisional didasarkeun kana polimér anu kaleyuran cai lemah sareng rapuh.Ku alatan éta, aranjeunna biasana rentan ka stress mékanis dina aplikasi biomedis.Ku alatan éta, coatings antifouling mechanically awét tetep tangtangan pikeun aplikasi kayaning implants orthopedic (43, 44).Gambar 4A(1) nunjukkeun dua jinis setrés utama anu diterapkeun kana implan orthopedic, kalebet scratching (tekanan geser) sareng komprési ku gambar optik tina susuk anu ruksak anu dihasilkeun ku forceps.Salaku conto, nalika sekrup dikencangkeun ku obeng, atanapi nalika dokter bedah nahan pelat tulang pageuh ku pinset sareng nerapkeun gaya compressive, pelat tulang plastik bakal ruksak sareng digores dina skala makro sareng mikro / nano (Gambar 4A, 2).Pikeun nguji naha LOIS anu diproduksi tiasa nahan karusakan ieu salami operasi plastik, nanoindentation dilakukeun pikeun ngabandingkeun karasa substrat bulistir sareng LOIS dina skala mikro / nano pikeun diajar sipat mékanis tina struktur mikro / nano Dampak (Gambar. 4B).Diagram skématik nunjukkeun paripolah deformasi LOIS anu béda-béda kusabab ayana struktur mikro / nano.Kurva gaya-pindahan digambar dumasar kana hasil nanoindentation (Gambar 4C).Gambar biru ngagambarkeun substrat bulistir, nu nembongkeun ngan slight deformasi, sakumaha katingal ku jero indentation maksimum 0,26-μm.Di sisi séjén, kanaékan bertahap dina gaya nanoindentation sarta kapindahan observasi dina LOIS (kurva beureum) bisa némbongkeun tanda ngurangan sipat mékanis, hasilna jero nanoindentation of 1.61μm.Ieu kusabab struktur mikro / nano anu aya dina LOIS nyayogikeun rohangan kamajuan anu langkung jero pikeun ujung nanoindenter, janten deformasina langkung ageung tibatan substrat bulistir.Konsta-Gdoutos et al.(45) percaya yén alatan ayana nanostructures, nanoindentation jeung mikro / nano roughness ngakibatkeun kurva nanoindentation teratur.Wewengkon shaded pakait jeung kurva deformasi henteu teratur attributed ka nanostructure, sedengkeun wewengkon non-shaded ieu attributed ka mikrostruktur nu.Deformasi ieu tiasa ngarusak struktur mikro / nanostruktur tina pelumas anu nyepeng sareng négatip mangaruhan kinerja anti-fouling na.Dina raraga diajar dampak karuksakan on LOIS, karuksakan dilawan kana mikro / struktur nano ieu replicated dina awak salila bedah plastik.Ku ngagunakeun tés adhesion getih sareng protéin, stabilitas sipat anti-biofouling LOIS saatos in vitro tiasa ditangtukeun (Gambar 4D).Runtuyan gambar optik nembongkeun karuksakan anu lumangsung deukeut liang unggal substrat.Tes adhesion getih dilakukeun pikeun nunjukkeun pangaruh karusakan mékanis dina lapisan anti-biofouling (Gambar 4E).Kawas SHP, sipat anti fouling leungit alatan karuksakan, sarta LOIS némbongkeun sipat anti fouling unggulan ku repelling getih.Ieu sabab, sabab énergi permukaan didorong ku aksi kapilér anu nutupan daérah anu ruksak, aliran dina pelumas pelumas microstructured malikkeun sipat anti-fouling (35).Tren anu sami dititénan dina uji adhesion protéin nganggo albumin.Di wewengkon ruksak, adhesion protéin dina beungeut SHP loba observasi, sarta ku ngukur cakupan aréa na, éta bisa diitung salaku satengah tina tingkat adhesion tina substrat bulistir.Di sisi séjén, LOIS ngajaga sipat anti-biofouling na tanpa ngabalukarkeun adhesion (Gambar 4, F jeung G).Sajaba ti éta, beungeut screw mindeng subjected ka stress mékanis kuat, kayaning pangeboran, sangkan diajar kamampuh palapis LOIS pikeun tetep gembleng dina screw in vitro.angka 4H nembongkeun gambar optik tina screws béda, kaasup bulistir, SHP na LOIS.Sagi opat beureum ngagambarkeun wewengkon target dimana stress mékanis kuat lumangsung salila implantation tulang.Sarupa jeung tés adhesion protéin tina piring, mikroskop fluoresensi dipaké pikeun gambar adhesion protéin jeung ngukur aréa sinyalna pikeun ngabuktikeun integritas palapis LOIS, sanajan dina stress mékanis kuat (Gambar 4, I jeung J).Screw anu diolah LOIS nunjukkeun prestasi anti fouling anu saé, sareng ampir henteu aya protéin anu nempel kana permukaan.Di sisi séjén, adhesion protéin dititénan dina screws bulistir jeung screws SHP, dimana cakupan aréa screws SHP éta sapertilu tina screws bulistir.Sajaba ti éta, implant ortopedi dipaké pikeun fiksasi kudu mechanically kuat pikeun tahan stress dilarapkeun ka situs narekahan, ditémbongkeun saperti dina Gambar 4K.Ku alatan éta, tés bending dilakukeun pikeun nangtukeun pangaruh modifikasi kimia dina sipat mékanis.Salaku tambahan, ieu dilakukeun pikeun ngajaga setrés tetep tina susuk.Larapkeun gaya mékanis nangtung nepi ka susuk pinuh narilep sarta kurva stress-galur dicandak (Gambar 4L, 1).Dua sipat kaasup modulus Young sarta kakuatan flexural dibandingkeun antara bulistir jeung LOIS substrat salaku indikator kakuatan mékanis maranéhanana (Gambar 4L, 2 jeung 3).Modulus Young nunjukkeun kamampuan hiji bahan pikeun nahan parobahan mékanis.Modulus Young unggal substrat nyaéta 41,48 ± 1,01 sareng 40,06 ± 0,96 GPa, masing-masing;bédana observasi nyaéta ngeunaan 3,4%.Salaku tambahan, dilaporkeun yén kakuatan bending, anu nangtukeun kateguhan bahan, nyaéta 102,34 ± 1,51 GPa pikeun substrat bulistir sareng 96,99 ± 0,86 GPa pikeun SHP.Substrat bulistir kirang langkung 5,3% langkung luhur.Panurunan sakedik dina sipat mékanis tiasa disababkeun ku pangaruh kiyeu.Dina pangaruh kiyeu, kakasaran mikro / nano tiasa janten sakumpulan notches, ngarah kana konsentrasi setrés lokal sareng mangaruhan sipat mékanis tina susuk (46).Nanging, dumasar kana kanyataan yén kaku tulang kortikal manusa dilaporkeun antara 7.4 sareng 31.6 GPa, sareng modulus LOIS anu diukur ngaleuwihan tulang kortikal manusa (47), LOIS cekap pikeun ngadukung narekahan sareng sadayana. sipat mékanis minimally kapangaruhan ku modifikasi permukaan.
(A) diagram skéma tina (1) stress mékanis dilarapkeun kana susuk orthopedic salila operasi, jeung (2) gambar optik tina susuk orthopedic ruksak.(B) diagram Schematic ukuran sipat nano-mékanis ku nanoindentation na LOIS dina beungeut bulistir.(C) Nanoindentation kurva gaya-kapindahan permukaan bulistir na LOIS.(D) Saatos percobaan in vitro, simulate gambar optik tina tipena béda pelat orthopedic (wewengkon ruksak disorot ku sagi opat beureum) pikeun simulate stress mékanis disababkeun salila operasi.(E) tés adhesion getih jeung (F) test adhesion protéin tina grup plat orthopedic ruksak.(G) Ukur luas cakupan protéin anu nempel kana piring.(H) Gambar optik tina tipena béda screws orthopedic sanggeus percobaan in vitro.(I) test adhesion protéin pikeun diajar integritas coatings béda.(J) Ukur luas cakupan protéin anu nempel kana screw.(K) Gerakan kelenci dimaksudkeun pikeun ngahasilkeun stress tetep dina tulang bengkahna.(L) (1) Ngabengkokkeun hasil tés sareng gambar optik sateuacan sareng saatos ngagulung.Beda dina (2) modulus Young jeung (3) kakuatan bending antara susuk bulistir jeung SHP.Data dikedalkeun salaku mean ± SD (* P <0.05, ** P <0.01, *** P <0.001 jeung **** P <0.0001).Gambar kahadean: Kyomin Chae, Universitas Yonsei.
Dina kaayaan klinis, kalolobaan kontak baktéri sareng bahan biologis sareng situs tatu asalna tina biofilm dewasa (48).Ku alatan éta, Pusat Pengendalian sareng Pencegahan Panyakit AS ngira-ngira yén 65% tina sadaya inféksi manusa aya hubunganana sareng biofilm (49).Dina hal ieu, perlu nyadiakeun desain eksperimen in vivo nu nyadiakeun formasi biofilm konsisten dina beungeut susuk.Ku alatan éta, urang ngembangkeun model narekahan femoral kelenci nu implants orthopedic anu pre-incubated dina gantung baktéri lajeng implanted dina femurs kelenci pikeun diajar sipat anti fouling of LOIS in vivo.Alatan tilu fakta penting di handap ieu, inféksi baktéri anu ngainduksi ku pre-kultur tinimbang suntik langsung suspénsi baktéri: (i) Sistim imun kelenci sacara alami leuwih kuat batan manusa;kituna, suntik suspensions baktéri jeung baktéri planktonic mungkin Éta euweuh pangaruh dina formasi biofilms.(Ii) Baktéri planktonik leuwih rentan ka antibiotik, sarta antibiotik biasana dipaké sanggeus bedah;tungtungna, (iii) suspénsi baktéri planktonik bisa éncér ku cairan awak sato urang (50).Ku pre-culturing implant dina gantung baktéri saméméh implantation, urang bisa tuntas diajar épék ngabahayakeun tina inféksi baktéri jeung réaksi awak asing (FBR) dina prosés penyembuhan tulang.Kelenci dikurbankeun 4 minggu saatos implantasi, sabab osseointegrasi penting pikeun prosés penyembuhan tulang bakal réngsé dina 4 minggu.Saterusna, implants dikaluarkeun tina kelenci pikeun studi hilir.Gambar 5A nembongkeun mékanisme proliferasi baktéri.Susuk orthopedic anu kainféksi diwanohkeun kana awak.Salaku hasil tina pre-inkubasi dina gantung baktéri, genep tina genep kelenci dipelak kalawan implants taranjang anu kainféksi, bari euweuh kelenci dipelak implants LOIS-diperlakukeun anu kainféksi.Inféksi baktéri lumangsung dina tilu hambalan, kaasup tumuwuhna, maturation jeung dispersi (51).Kahiji, baktéri napel baranahan jeung tumuwuh dina beungeut cai, lajeng baktéri ngabentuk biofilm nalika aranjeunna excrete extracellular polymér (EPS), amyloid jeung DNA extracellular.Biofilm henteu ngan ukur ngaganggu kana penetrasi antibiotik, tapi ogé ngamajukeun akumulasi énzim anu ngahinakeun antibiotik (sapertos β-laktamase) (52).Tungtungna, biofilm nyebarkeun baktéri dewasa kana jaringan sakurilingna.Ku alatan éta, inféksi lumangsung.Salaku tambahan, nalika awak asing asup kana awak, inféksi anu tiasa nyababkeun réspon imun anu kuat tiasa nyababkeun peradangan parah, nyeri, sareng turunna kekebalan.Gambar 5B nyadiakeun tinjauan FBR disababkeun ku panempatan hiji susuk orthopedic, tinimbang réspon imun disababkeun ku inféksi baktéri.Sistim imun ngakuan susuk diselapkeun salaku awak asing, lajeng ngabalukarkeun sél jeung jaringan meta pikeun encapsulate awak asing (53).Dina poé mimiti FBR, matriks suplai kabentuk dina beungeut implants orthopedic, nu nyababkeun adsorption of fibrinogén.Fibrinogén anu diserep teras ngabentuk jaringan fibrin anu padet pisan, anu ngadorong kantétan leukosit (54).Sakali jaringan fibrin kabentuk, peradangan akut bakal lumangsung alatan infiltrasi neutrofil.Dina hambalan ieu, rupa-rupa cytokines kayaning tumor necrosis factor-α (TNF-α), interleukin-4 (IL-4) jeung IL-β dileupaskeun, sarta monosit mimiti infiltrate situs implantation sarta diferensiasi kana sél raksasa.Phage (41, 55, 56).Ngurangan FBR sok janten tantangan sabab FBR kaleuleuwihan tiasa nyababkeun peradangan akut sareng kronis, anu tiasa ngakibatkeun komplikasi anu fatal.Dina raraga meunteun dampak inféksi baktéri dina jaringan sabudeureun susuk bulistir na LOIS, hematoxylin na eosin (H&E) jeung Masson trichrome (MT) staining dipaké.Pikeun kelenci dipelak ku substrat bulistir, inféksi baktéri parna ngembang, sarta slides jaringan H&E jelas némbongkeun abscesses na necrosis disababkeun ku peradangan.Di sisi séjén, LOIS permukaan anti-biofouling kuat pisan nyegah adhesion baktéri, ku kituna teu némbongkeun tanda inféksi jeung ngurangan peradangan (Gambar 5C).Hasil pewarnaan MT nunjukkeun tren anu sami.Sanajan kitu, MT staining ogé némbongkeun busung lapar dina kelenci dipelak kalawan LOIS, nunjukkeun yén recovery téh rék lumangsung (Gambar 5D).Dina raraga diajar darajat réspon imun, immunohistochemical (IHC) staining ieu dipigawé maké cytokines TNF-α jeung IL-6 patali réspon imun.Susuk négatif taranjang anu henteu kakeunaan baktéri dibandingkeun sareng LOIS anu kakeunaan baktéri tapi henteu katépaan pikeun diajar prosés penyembuhan henteuna inféksi baktéri.Gambar 5E nembongkeun gambar optik slide IHC nu expresses TNF-α.Wewengkon coklat ngagambarkeun réspon imun, nunjukkeun yén réspon imun dina LOIS rada ngirangan.Sajaba ti éta, éksprési IL-6 di LOIS nyata kirang ti éksprési négatip tina taranjang steril (Gambar 5F).Éksprési sitokin diukur ku ngukur daérah pewarnaan antibodi anu cocog sareng sitokin (Gambar 5G).Dibandingkeun jeung kelenci kakeunaan implants négatip, tingkat ekspresi kelenci dipelak LOIS leuwih handap, némbongkeun béda bermakna.Turunna éksprési cytokine nunjukkeun yén jangka panjang, sipat anti fouling stabil tina LOIS teu ukur patali jeung inhibisi inféksi baktéri, tapi ogé ngurangan FBR, nu ngainduksi ku makrofag adhering kana substrat (53, 57, 58).Ku alatan éta, réspon imun ngurangan alatan sipat ngajauhan imun LOIS bisa ngajawab efek samping sanggeus implantasi, kayaning réspon imun kaleuleuwihan sanggeus bedah plastik.
(A) Diagram skéma tina mékanisme formasi biofilm sareng sumebar dina beungeut implan orthopedic anu kainféksi.eDNA, DNA ekstraseluler.(B) diagram skéma tina réspon imun sanggeus panempatan susuk orthopedic.(C) H&E staining jeung (D) MT staining tina jaringan sabudeureun tina implants orthopedic kalawan bulistir positif sarta LOIS.IHC of cytokines patali imun (E) TNF-α jeung (F) IL-6 mangrupakeun gambar patri tina kelenci taranjang-négatip sarta LOIS-implanted.(G) Kuantifikasi éksprési sitokin ku pangukuran cakupan aréa (** P <0.01).
Biokompatibilitas LOIS sareng pangaruhna dina prosés nyageurkeun tulang ditaliti sacara in vivo nganggo pencitraan diagnostik [x-ray sareng micro-computed tomography (CT)] sareng osteoclast IHC.Gambar 6A nembongkeun prosés penyembuhan tulang ngalibetkeun tilu tahapan béda: peradangan, perbaikan, sarta remodeling.Nalika narekahan lumangsung, sél radang jeung fibroblasts bakal nembus kana tulang bengkahna tur mimitian tumuwuh kana jaringan vaskular.Salila fase perbaikan, ingrowth jaringan vaskular nyebar di deukeut situs narekahan.Jaringan vaskular nyadiakeun gizi pikeun formasi tulang anyar, nu disebut callus.Tahap ahir prosés penyembuhan tulang nyaéta tahap remodeling, dimana ukuran kalus diréduksi jadi ukuran tulang normal kalayan bantuan paningkatan tingkat osteoclast diaktipkeun (59).Tilu diménsi (3D) rekonstruksi situs narekahan ieu dipigawé maké micro-CT scan pikeun niténan béda dina tingkat formasi callus di unggal grup.Titénan cross-section tina femur pikeun niténan ketebalan callus sabudeureun tulang bengkahna (Gambar 6, B jeung C).X-ray ogé dipaké pikeun nalungtik situs narekahan sadaya grup unggal minggu pikeun niténan prosés regenerasi tulang béda dina unggal grup (Gambar S9).Kalus jeung tulang dewasa ditémbongkeun dina warna biru/héjo jeung gading, masing-masing.Seuseueurna jaringan lemes disaring nganggo ambang prasetél.buligir positif sarta SHP dikonfirmasi formasi jumlah leutik callus sabudeureun situs narekahan.Di sisi anu sanésna, négatip kakeunaan LOIS sareng situs narekahan dikurilingan ku kalus kandel.Gambar mikro-CT nunjukkeun yén formasi kalus dihalangan ku inféksi baktéri sareng peradangan anu aya hubunganana sareng inféksi.Ieu kusabab sistim imun prioritizes penyembuhan tatu septic disababkeun ku peradangan patali inféksi, tinimbang recovery tulang (60).IHC sareng Tartrate-resistant Acid Phosphatase (TRAP) staining dilakukeun pikeun niténan kagiatan osteoklas sareng resorpsi tulang (Gambar 6D) (61).Ngan sababaraha osteoclast diaktipkeun patri ungu kapanggih dina positip taranjang jeung SHP.Di sisi séjén, loba osteoclasts diaktipkeun anu katalungtik deukeut tulang taranjang positif tur dewasa LOIS.Fenomena ieu nunjukkeun yén ku ayana osteoklas, kalus di sabudeureun situs narekahan ngalaman prosés remodeling anu ganas (62).Volume tulang jeung aréa éksprési osteoklas tina kalus diukur pikeun ngabandingkeun tingkat formasi kalus sabudeureun situs narekahan dina sakabéh grup, ku kituna pikeun ngitung micro-CT scan sarta hasil IHC (Gambar 6E, 1 jeung 2).Saperti nu diharapkeun, négatif taranjang sareng formasi kalus di LOIS sacara signifikan langkung luhur tibatan kelompok anu sanés, nunjukkeun yén remodeling tulang positif lumangsung (63).Gambar S10 nembongkeun gambar optik tina situs bedah, hasil ngawarnaan MT tina jaringan dikumpulkeun deukeut screw, sarta hasil staining TRAP panyorot panganteur screw-tulang.Dina substrat bulistir, callus kuat sarta formasi fibrosis ieu observasi, sedengkeun susuk LOIS-diperlakukeun némbongkeun permukaan rélatif unadhered.Nya kitu, dibandingkeun jeung négatip taranjang, fibrosis handap dititénan dina kelenci dipelak kalawan LOIS, sakumaha dituduhkeun ku panah bodas.Sajaba ti éta, busung lapar teguh (panah biru) bisa attributed ka sipat ngajauhan imun LOIS, kukituna ngurangan peradangan parna.Beungeut non-iteuk sabudeureun susuk jeung ngurangan fibrosis nunjukkeun yén prosés panyabutan leuwih gampang, nu biasana ngakibatkeun fractures atawa peradangan lianna.Prosés penyembuhan tulang sanggeus ngaleupaskeun screw ieu dievaluasi ku aktivitas osteoclast dina panganteur screw-tulang.Boh tulang bulistir sareng antarmuka susuk LOIS nyerep tingkat osteoklas anu sami pikeun nyageurkeun tulang salajengna, nunjukkeun yén palapis LOIS teu gaduh pangaruh négatip kana penyembuhan tulang atanapi réspon imun.Pikeun mastikeun yén modifikasi permukaan anu dilakukeun dina LOIS henteu ngaganggu prosés penyembuhan tulang, pamariksaan sinar-X digunakeun pikeun ngabandingkeun penyembuhan tulang kelenci kalayan ion négatip anu kakeunaan sareng 6 minggu implantasi LOIS (Gambar 6F).Hasilna nunjukkeun yén dibandingkeun sareng grup positip buligir anu teu katépaan, LOIS nunjukkeun tingkat penyembuhan tulang anu sami, sareng henteu aya tanda-tanda anu jelas tina narekahan (garis osteolysis kontinyu) dina duanana grup.
(A) diagram skéma tina prosés penyembuhan tulang sanggeus narekahan.(B) Bedana dina darajat formasi callus unggal grup permukaan jeung (C) gambar cross-sectional tina situs narekahan.(D) staining bubu pikeun visualize aktivitas osteoclast sarta resorption tulang.Dumasar kagiatan TRAP, formasi kalus éksternal tulang kortikal dianalisis sacara kuantitatif ku (E) (1) mikro-CT sareng (2) kagiatan osteoklas.(F) 6 minggu sanggeus implantation, gambar X-ray tina tulang bengkahna négatip kakeunaan (disorot ku sagi opat dashed beureum) jeung LOIS (disorot ku sagi opat dashed biru).Analisis statistik dilakukeun ku analisis varian hiji arah (ANOVA).* P <0,05.** P <0,01.
Pondokna, LOIS nyadiakeun tipe anyar strategi inféksi antibakteri jeung palapis ngewa imun pikeun implants orthopedic.Implants ortopedi konvensional kalawan fungsionalisasi SHP némbongkeun sipat anti-biofouling jangka pondok, tapi teu bisa ngajaga sipat maranéhanana pikeun lila.Superhydrophobicity substrat nangkep gelembung hawa antara baktéri jeung substrat, sahingga ngabentuk kantong hawa, kukituna nyegah inféksi baktéri.Sanajan kitu, alatan difusi hawa, kantong hawa ieu gampang dipiceun.Di sisi anu sanés, LOIS parantos ngabuktikeun kamampuanna pikeun nyegah inféksi anu aya hubunganana sareng biofilm.Ku alatan éta, alatan sipat anti panolakan tina lapisan pelumas nyuntik kana lapisan mikro / permukaan struktur nano, peradangan patali inféksi bisa dicegah.Rupa-rupa métode characterization kaasup SEM, AFM, XPS sarta ukuran CA dipaké pikeun ngaoptimalkeun kaayaan manufaktur LOIS.Sajaba ti éta, LOIS ogé bisa dilarapkeun ka sagala rupa bahan biologis ilahar dipaké dina parabot fiksasi orthopedic, kayaning PLGA, Ti, pe, POM na PPSU.Teras, LOIS diuji sacara in vitro pikeun ngabuktikeun sipat anti-biofouling na ngalawan baktéri sareng zat biologis anu aya hubunganana sareng réspon imun.Hasilna nunjukkeun yén éta gaduh épék antibakteri sareng anti-biofouling anu saé dibandingkeun sareng susuk bulistir.Sajaba ti éta, LOIS nembongkeun kakuatan mékanis malah sanggeus nerapkeun stress mékanis, nu teu bisa dihindari dina bedah plastik.Kusabab sipat penyembuhan diri tina pelumas dina beungeut struktur mikro / nano, LOIS suksés ngajaga sipat fouling anti biologis na.Pikeun nalungtik biokompatibilitas sareng sipat antibakteri LOIS in vivo, LOIS ditanamkeun kana femur kelenci salami 4 minggu.Teu aya inféksi baktéri anu dititénan dina kelenci anu dipelak kalayan LOIS.Sajaba ti éta, pamakéan IHC nunjukkeun tingkat ngurangan tina respon imun lokal, nunjukkeun yén LOIS henteu ngahambat prosés penyembuhan tulang.LOIS nunjukkeun sipat antibakteri sareng ngajauhan imun anu saé, sareng parantos kabuktosan sacara efektif nyegah pembentukan biofilm sateuacan sareng salami operasi orthopedic, khususna pikeun sintésis tulang.Ku ngagunakeun model narekahan femoral radang sungsum tulang kelenci, pangaruh inféksi nu patali biofilm dina prosés penyembuhan tulang ngainduksi ku implants pre-incubated ieu deeply ditalungtik.Salaku ulikan kahareup, model in vivo anyar diperlukeun pikeun nalungtik kamungkinan inféksi sanggeus implantasi pikeun pinuh ngartos tur nyegah inféksi nu patali biofilm salila sakabéh prosés penyembuhan.Sajaba ti éta, osteoinduction masih mangrupa tantangan unresolved dina integrasi jeung LOIS.Panalungtikan salajengna diperlukeun pikeun ngagabungkeun adhesion selektif sél osteoinduktif atawa ubar regenerative kalawan LOIS pikeun nungkulan tantangan.Gemblengna, LOIS ngagambarkeun palapis implan orthopedic anu ngajangjikeun kalayan kakuatan mékanis sareng sipat anti-biofouling anu saé, anu tiasa ngirangan SSI sareng efek samping imun.
Ngumbah 15mm x 15mm x 1mm 304 SS substrat (Dong Kang M-Tech Co., Korea) dina acetone, EtOH jeung cai DI salila 15 menit pikeun miceun rereged.Pikeun ngabentuk struktur tingkat mikro/nano dina beungeut cai, substrat anu dibersihkeun direndam dina larutan HF 48% dugi ka 51% (DUKSAN Corp., Koréa Kidul) dina suhu 50°C.Waktu etching beda-beda ti 0 nepi ka 60 menit.Saterusna, substrat etched ieu cleaned jeung cai deionized jeung disimpen dina 65% HNO3 (Koréa DUKSAN Corp.) leyuran dina 50 ° C salila 30 menit pikeun ngabentuk lapisan passivation kromium oksida dina beungeut cai.Saatos passivation, substrat dikumbah ku cai deionized tur garing pikeun ménta substrat kalawan struktur layered.Salajengna, substrat ieu kakeunaan plasma oksigén (100 W, 3 menit), sarta geuwat immersed dina leyuran 8,88 mM POTS (Sigma-Aldrich, Jérman) dina toluene dina suhu kamar salila 12 jam.Lajeng, substrat coated kalawan POTS ieu cleaned kalawan EtOH, sarta annealed dina 150 ° C salila 2 jam pikeun ménta padet POTS SAM.Saatos palapis SAM, lapisan pelumas dibentuk dina substrat ku cara nerapkeun pelumas perfluoropolyether (Krytox 101; DuPont, AS) kalayan volume beban 20 μm / cm 2. Sateuacan dianggo, saring pelumas ngaliwatan saringan 0,2 micron.Leupaskeun kaleuwihan pelumas ku cara ngadengdekkeun dina sudut 45 ° salila 15 menit.Prosedur manufaktur sarua ieu dipaké pikeun implants orthopedic dijieunna tina 304 SS (plat ngonci jeung screw ngonci cortical; Dong Kang M-Tech Co., Korea).Kabéh implants orthopedic dirancang pikeun nyocogkeun géométri femur kelenci.
Morfologi permukaan substrat jeung implants orthopedic ieu inspected ku médan émisi SEM (Inspect F50, FEI, AS) jeung AFM (XE-100, Park Systems, Koréa Kidul).Kakasaran permukaan (Ra, Rq) diukur ku cara ngalikeun luas 20 μm ku 20 μm (n=4).Sistem XPS (PHI 5000 VersaProbe, ULVAC PHI, Jepang) anu dilengkepan ku sumber sinar-X Al Kα kalayan ukuran titik 100μm2 digunakeun pikeun nganalisis komposisi kimia permukaan.Sistem pangukuran CA dilengkepan kaméra néwak gambar dinamis (SmartDrop, FEMTOBIOMED, ​​Koréa Kidul) digunakeun pikeun ngukur CA sareng SA cair.Pikeun unggal pangukuran, 6 nepi ka 10 μl titik-titik (cai deionisasi, getih kuda, EG, 30% étanol, jeung HD) disimpen dina beungeut cai pikeun ngukur CA.Nalika sudut inclination substrat naek dina laju 2 ° / s (n = 4), SA diukur nalika droplét ragrag.
Pseudomonas aeruginosa [American Type Culture Collection (ATCC) 27853] sareng MRSA (ATCC 25923) dibeuli ti ATCC (Manassas, Virginia, AS), sareng budaya saham dijaga dina -80 ° C.Saméméh dipaké, kultur beku diinkubasi dina kaldu kedelé anu dilebur trypsin (Komed, Korea) dina suhu 37 ° C salami 18 jam teras ditransfer dua kali pikeun ngaktifkeunana.Sanggeus inkubasi, kultur disentrifugasi dina 10.000 rpm salila 10 menit dina suhu 4°C jeung dikumbah dua kali ku larutan PBS (pH 7.3).Kultur sentrifugasi teras disubkultur dina piring agar darah (BAP).MRSA sareng Pseudomonas aeruginosa disiapkeun sapeuting sareng dibudidayakeun dina kaldu Luria-Bertani.Konsentrasi Pseudomonas aeruginosa sareng MRSA dina inokulum sacara kuantitatif ditangtukeun ku CFU suspénsi dina éncér séri dina agar.Teras, saluyukeun konsentrasi baktéri kana standar 0,5 McFarland, anu sami sareng 108 CFU / ml.Lajeng éncér gantung baktéri gawé 100 kali ka 106 CFU / ml.Pikeun nguji sipat adhesion antibakteri, substrat disterilisasi dina suhu 121 ° C salami 15 menit sateuacan dianggo.Substrat teras dialihkeun kana 25 ml gantung baktéri sareng diinkubasi dina 37 ° C kalayan oyag kuat (200 rpm) salami 12 sareng 72 jam.Saatos inkubasi, unggal substrat dikaluarkeun tina inkubator sareng dikumbah 3 kali nganggo PBS pikeun ngaleungitkeun baktéri anu ngambang dina beungeut cai.Pikeun niténan biofilm dina substrat, biofilm dibenerkeun ku métanol sareng diwarnaan ku 1 ml jeruk crimidine salami 2 menit.Lajeng mikroskop fluoresensi (BX51TR, Olympus, Jepang) dipaké pikeun nyandak gambar tina biofilm patri.Pikeun ngitung biofilm dina substrat, sél anu napel dipisahkeun tina substrat ku metode vortex bead, anu dianggap metode anu paling cocog pikeun ngaleungitkeun baktéri anu napel (n = 4).Nganggo forceps steril, cabut substrat tina medium pertumbuhan sareng ketok piring sumur pikeun ngaleungitkeun kaleuwihan cairan.Sél anu napel sacara bébas dipiceun ku cara ngumbah dua kali nganggo PBS steril.Unggal substrat ieu lajeng dipindahkeun ka tabung test steril ngandung 9 ml 0,1% protéin ept saline (PSW) jeung 2 g tina 20 nepi ka 25 manik kaca steril (diaméterna 0,4 nepi ka 0,5 mm).Ieu lajeng vortexed salila 3 menit pikeun coplokkeun sél tina sampel.Saatos vortexing, gantung ieu serially diluted 10-fold kalawan 0,1% PSW, lajeng 0,1 ml unggal éncér ieu inoculated on BAP.Saatos 24 jam inkubasi dina 37 ° C, CFU diitung sacara manual.
Pikeun sél, fibroblasts beurit NIH / 3T3 (CRL-1658; Amérika ATCC) sareng makrofag beurit RAW 264.7 (TIB-71; Amérika ATCC) dianggo.Anggo medium Eagle anu dirobih Dulbecco (DMEM; LM001-05, Welgene, Korea) pikeun ngabudayakeun fibroblast beurit sareng suplement 10% sérum anak sapi (S103-01, Welgene) sareng 1% pénisilin-streptomycin (PS; LS202-02, Welgene (Welgene). Paké DMEM ka makrofag mouse kultur, supplemented kalawan 10% sérum fétal bovine (S001-01, Welgene) jeung 1% PS Teundeun substrat dina piring kultur sél genep sumur , Sarta inoculate sél dina 105 sél / cm2. Sél anu inkubasi sapeuting dina 37 ° C jeung 5% CO2 Pikeun staining sél, sél dibereskeun kalawan 4% paraformaldehyde pikeun 20 menit sarta disimpen dina 0,5% Triton X Incubate pikeun 5 menit dina -100 nM tetramethylrhodamine dina 37 ° C salila 30 menit Sanggeus prosés inkubasi, make substrat kalawan 4′,6-diamino-2-phenylindole (H -1200, Vector Laboratories, UK) VECTASHIELD sedeng fiksasi (n = 4 per sél). , fluorescein, fluorescein isothiocyanate-albumin (A9771, Sigma-Aldrich, Jérman) jeung plasma manusa The Alexa Fluor 488-conjugated fibrinogen (F13191, Invitrogen, AS) ieu leyur dina PBS (10 mM, pH 7.4).Konsentrasi albumin sareng fibrinogén masing-masing 1 sareng 150 μg / ml.Saatos substrat Sateuacan immersing dina leyuran protéin, bilas aranjeunna kalayan PBS pikeun rehydrate beungeut cai.Teras beuleum sadaya substrat dina piring genep sumur anu ngandung larutan protéin sareng inkubasi dina 37 ° C salami 30 sareng 90 menit.Saatos inkubasi, substrat ieu lajeng dikaluarkeun tina solusi protéin, dikumbah gently kalawan PBS 3 kali, sarta dibereskeun ku 4% paraformaldehyde (n = 4 pikeun tiap protéin).Pikeun kalsium, natrium klorida (0,21 M) jeung kalium fosfat (3,77 mM) ) Ieu leyur dina cai deionized.pH leyuran disaluyukeun kana 2,0 ku nambahkeun solusi hidroklorida (1M).Lajeng kalsium klorida (5,62 mM) ieu leyur dina leyuran.Ku nambahkeun 1M tris(hydroxymethyl) -amino Métana ngaluyukeun pH leyuran ka 7,4.Neuleumkeun kabéh substrat dina piring genep sumur ngeusi 1,5 × solusi kalsium fosfat jeung cabut tina solusi sanggeus 30 menit.Pikeun ngawarnaan, 2 g Alizarin Red S (CI 58005) Campur sareng 100 ml cai deionisasi.Lajeng, make 10% amonium hidroksida pikeun nyaluyukeun pH ka 4. Ngalelep substrat jeung larutan Alizarin Beureum salila 5 menit, terus ngocok kaluar kaleuwihan ngalelep jeung blot.Saatos prosés oyag, cabut substrat.Bahanna didehidrasi, teras direndam dina aseton salami 5 menit, teras direndam dina larutan aseton-xilena (1: 1) salami 5 menit, sareng tungtungna dikumbah ku xilena (n = 4).Mikroskop fluoresensi (Axio Imager) nganggo lensa objektif ×10 sareng ×20..A2m, Zeiss, Jérman) gambar sakabéh substrat.ImageJ/FIJI (https://imagej.nih.gov/ij/) dipaké pikeun ngitung data adhesion zat biologis dina unggal grup opat wewengkon Imaging béda.Ngarobih sadaya gambar kana gambar binér kalayan ambang tetep pikeun ngabandingkeun substrat.
A Zeiss LSM 700 mikroskop confocal ieu dipaké pikeun ngawas stabilitas lapisan pelumas dina PBS dina modeu réfléksi.Sampel kaca SAM-coated basis fluorine jeung lapisan lubricating nyuntik ieu immersed dina leyuran PBS, sarta diuji maké shaker orbital (SHO-1D; Daihan Scientific, Koréa Kidul) dina kaayaan oyag hampang (120 rpm).Lajeng nyandak sampel sarta ngawas leungitna pelumas ku cara ngukur leungitna cahaya reflected.Pikeun acquire gambar fluoresensi dina mode cerminan, sampel kakeunaan laser 633 nm lajeng dikumpulkeun, sabab lampu bakal reflected deui ti sampel.Sampel diukur dina interval waktu 0, 30, 60, sareng 120 jam.
Dina raraga nangtukeun pangaruh prosés modifikasi permukaan dina sipat nanomechanical tina implants orthopedic, nanoindenter (TI 950 TriboIndenter, Hysitron, AS) dilengkepan tilu-sided piramida ngawangun Berkovich tip inten dipaké pikeun ngukur nanoindenedione.Beban puncak nyaéta 10 mN sareng daérah 100μmx 100μm.Pikeun sadaya pangukuran, waktos ngamuat sareng ngabongkar muatan nyaéta 10 s, sareng waktos nahan dina beban indentation puncak nyaéta 2 s.Candak pangukuran tina lima lokasi anu béda sareng nyandak rata-rata.Pikeun meunteun kinerja kakuatan mékanis dina beban, uji bending tilu titik transversal dilakukeun nganggo mesin uji universal (Instron 5966, Instron, USA).Substrat dikomprés dina laju konstan 10 N / s kalayan beban ngaronjat.Program software Bluehill Universal (n = 3) dipaké pikeun ngitung modulus flexural jeung stress compressive maksimum.
Dina raraga simulate prosés operasi jeung karuksakan mékanis patali disababkeun salila operasi, prosés operasi ieu dipigawé in vitro.The femurs dikumpulkeun ti kelenci bodas Selandia Anyar dieksekusi.Femur dibersihkeun sareng dilereskeun dina paraformaldehida 4% salami 1 minggu.Sakumaha anu dijelaskeun dina metode ékspérimén sato, femur tetep dioperasikeun sacara bedah.Saatos operasi, implan orthopedic ieu immersed dina getih (getih kuda, KISAN, Korea) pikeun 10 s pikeun mastikeun naha adhesions getih lumangsung sanggeus tatu mékanis ieu dilarapkeun (n = 3).
Jumlahna aya 24 kelenci bodas Selandia Anyar jalu (beurat 3.0 nepi ka 3.5kg, umur rata-rata 6 bulan) dibagi sacara acak kana opat kelompok: négatif buligir, positip buligir, SHP sareng LOIS.Sadaya prosedur anu ngalibetkeun sato dilaksanakeun saluyu sareng standar etika Panitia Perawatan sareng Pamakéan Sato Institusional (IACUC disatujuan, KOREA-2017-0159).Susuk orthopedic diwangun ku pelat Ngonci jeung lima liang (panjangna 41 mm, rubak 7 mm sarta ketebalan 2 mm) jeung screws Ngonci cortical (panjangna 12 mm, diaméterna 2,7 mm) pikeun fiksasi narekahan.Kacuali piring sareng sekrup anu dianggo dina kelompok negatip, sadaya piring sareng sekrup diinkubasi dina suspénsi MRSA (106 CFU / ml) salami 12 jam.Grup taranjang-négatip (n = 6) dirawat kalayan implants permukaan taranjang tanpa paparan gantung baktéri, salaku kontrol négatip pikeun inféksi.Grup positip bulistir (n = 6) dirawat ku susuk permukaan bulistir kakeunaan baktéri salaku kontrol positif pikeun inféksi.Grup SHP (n = 6) dirawat ku implants SHP anu kakeunaan baktéri.Tungtungna, grup LOIS dirawat kalayan implants LOIS kakeunaan baktéri (n = 6).Sadaya sato disimpen dina kandang, sareng seueur tuangeun sareng cai anu disayogikeun.Sateuacan operasi, kelenci dipuasakeun salami 12 jam.Sato dibius ku suntikan intramuskular xylazine (5mg / kg) sareng suntikan intravena paclitaxel (3mg / kg) pikeun induksi.Saatos éta, kirimkeun 2% isoflurane sareng 50% dugi ka 70% oksigén médis (laju aliran 2 L / mnt) ngalangkungan sistem pernapasan pikeun ngajaga anesthesia.Hal ieu dipelak ngaliwatan pendekatan langsung ka femur gurat.Saatos panyabutan rambut sareng disinfeksi kulit povidone-iodin, incision panjang sakitar 6 cm dilakukeun di luar femur tengah kénca.Ku muka celah antara otot nutupan femur nu, femur geus pinuh kakeunaan.Teundeun piring di hareup aci femoral jeung ngalereskeun eta kalawan opat screws.Saatos fiksasi, paké sabeulah ragaji (kandel 1 mm) pikeun sacara artifisial nyiptakeun narekahan di daérah antara liang kadua sareng liang kaopat.Dina ahir operasi, tatu ieu dikumbah ku uyah jeung ditutupan ku sutures.Unggal kelenci disuntik subcutaneously kalawan enrofloxacin (5 mg / kg) éncér sapertilu dina saline.X-ray postoperative tina femur dicandak dina sakabéh sato (0, 7, 14, 21, 28, jeung 42 poé) pikeun mastikeun osteotomy tulang.Saatos anesthesia jero, sadaya sato dipaéhan ku KCl intravena (2 mmol / kg) dina 28 sareng 42 dinten.Saatos palaksanaan, femur ieu discan ku mikro-CT pikeun niténan jeung ngabandingkeun prosés penyembuhan tulang jeung formasi tulang anyar antara opat grup.
Saatos palaksanaan, jaringan lemes anu aya dina kontak langsung sareng implants ortopedi dikumpulkeun.Jaringan ieu dibereskeun dina 10% formalin buffered nétral sapeuting lajeng dehydrated dina EtOH.Jaringan dehidrasi dilebetkeun dina parafin sareng dipisahkeun dina ketebalan 40 μm nganggo microtome (400CS; EXAKT, Jérman).Pikeun ngabayangkeun inféksi, ngawarnaan H&E sareng ngawarnaan MT dilaksanakeun.Pikeun mariksa réspon host, jaringan anu dipotong diinkubasi ku antibodi primér anti-TNF-α kelenci (AB6671, Abcam, AS) sareng kelenci anti-IL-6 (AB6672; Abcam, AS), teras dirawat kalayan lobak.Oksidase.Larapkeun sistem pewarnaan avidin-biotin complex (ABC) kana bagian-bagian numutkeun parentah produsén.Dina raraga muncul salaku produk réaksi coklat, 3,3-diaminobenzidine dipaké dina sakabéh bagian.A scanner slide digital (Pannoramic 250 Flash III, 3DHISTECH, Hungaria) ieu dipaké pikeun visualize sakabeh keureut, sarta sahanteuna opat substrat dina unggal grup dianalisis ku software ImageJ.
Gambar sinar-X dicandak dina sadaya sato saatos dioperasi sareng unggal minggu pikeun ngawas penyembuhan narekahan (n = 6 per kelompok).Saatos palaksanaan, resolusi luhur mikro-CT ieu dipaké pikeun ngitung formasi callus sabudeureun femur sanggeus penyembuhan.Femur anu dicandak dibersihkeun, dilereskeun dina paraformaldehida 4% salami 3 dinten, sareng didehidrasi dina étanol 75%.Tulang dehidrasi lajeng discan ku ngagunakeun mikro-CT (SkyScan 1173, Brooke Micro-CT, Kandy, Bélgia) pikeun ngahasilkeun gambar voxel 3D (2240 ​​× 2240 piksel) tina sampel tulang.Anggo saringan Al 1,0 mm pikeun ngirangan bising sinyal sareng nerapkeun résolusi luhur ka sadaya scan (E = 133 kVp, I = 60 μA, waktos integrasi = 500 mdet).software Nrecon (versi 1.6.9.8, Bruker microCT, Kontich, Bélgia) ieu dipaké pikeun ngahasilkeun volume 3D tina sampel discan tina proyéksi gurat 2D kaala.Pikeun analisis, gambar 3D rekonstruksi dibagi kana 10mm × 10mm × 10mm kubus nurutkeun situs narekahan.Ngitung kalus di luar tulang kortikal.DataViewer (versi 1.5.1.2; Bruker microCT, Kontich, Bélgia) software ieu dipaké pikeun digital alihan volume tulang discan, sarta CT-Analyzer (versi 1.14.4.1; Bruker microCT, Kontich, Bélgia) software ieu dipaké pikeun analisis.Koéfisién nyerep sinar-x relatif dina tulang dewasa sareng kalus dibédakeun ku dénsitasna, teras volume kalus diitung (n = 4).Pikeun mastikeun yén biokompatibilitas LOIS henteu ngalambatkeun prosés penyembuhan tulang, tambahan X-ray sareng analisis micro-CT dilakukeun dina dua kelenci: grup taranjang-négatip sareng LOIS.Duanana grup dieksekusi dina minggu ka-6.
Femurs tina sato kurban dikumpulkeun sarta dibereskeun dina 4% paraformaldehyde salila 3 poé.Susuk orthopedic teras dipiceun sacara saksama tina femur.Femur ieu decalcified pikeun 21 poé ku ngagunakeun 0,5 M EDTA (EC-900, National Diagnostics Corporation).Lajeng femur decalcified ieu immersed dina EtOH sangkan eta dehidrasi.Femur dehidrasi dipiceun dina xylene sareng dilebetkeun kana parafin.Teras sampelna diiris nganggo mikrotom puteran otomatis (Leica RM2255, Leica Biosystems, Jérman) kalayan ketebalan 3 μm.Pikeun pewarnaan TRAP (F6760, Sigma-Aldrich, Jérman), sampel anu dipotong dideparafinisasi, direhidrasi sareng diinkubasi dina réagen TRAP dina 37 ° C salami 1 jam.Gambar dicandak nganggo scanner geser (Pannoramic 250 Flash III, 3DHISTECH, Hungaria) sareng diukur ku ngukur cakupan daérah daérah patri.Dina unggal percobaan, sahenteuna opat substrat dina unggal grup dianalisis ku software ImageJ.
Analisis signifikansi statistik dilakukeun ku ngagunakeun GraphPad Prism (GraphPad Software Inc., USA).Unpaired t-test jeung one-way analysis of variance (ANOVA) digunakeun pikeun nguji bédana antara kelompok évaluasi.Tingkat signifikansi dituduhkeun dina gambar kieu: * P <0,05, ** P <0,01, *** P <0,001 jeung **** P <0,0001;NS, euweuh bédana signifikan.
Pikeun bahan tambahan pikeun artikel ieu, mangga tingali http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/44/eabb0025/DC1
Ieu mangrupikeun artikel aksés kabuka anu disebarkeun dina kaayaan Lisensi Creative Commons Attribution-Non-Commercial Lisensi, anu ngamungkinkeun panggunaan, distribusi sareng réproduksi dina médium naon waé, salami panggunaan henteu pikeun kauntungan komersil sareng premisna nyaéta asli. pagawean anu bener.Rujukan.
Catetan: Kami ngan ukur naroskeun anjeun masihan alamat email supados jalma anu anjeun nyarankeun ka halaman éta terang yén anjeun hoyong aranjeunna ningali email sareng yén email éta sanés spam.Kami moal néwak alamat surélék.
Patarosan ieu dianggo pikeun nguji naha anjeun nganjang manusa sareng nyegah kiriman spam otomatis.
Choe Kyung Min, Oh Young Jang, Park Jun Joon, Lee Jin Hyuk, Kim Hyun Cheol, Lee Kyung Moon, Lee Chang Kyu, Lee Yeon Taek, Lee Sun-uck, Jeong Morui
Lapisan antibakteri sareng imun tina implan orthopedic tiasa ngirangan inféksi sareng réspon imun anu disababkeun ku inféksi.
Choe Kyung Min, Oh Young Jang, Park Jun Joon, Lee Jin Hyuk, Kim Hyun Cheol, Lee Kyung Moon, Lee Chang Kyu, Lee Yeon Taek, Lee Sun-uck, Jeong Morui
Lapisan antibakteri sareng imun tina implan orthopedic tiasa ngirangan inféksi sareng réspon imun anu disababkeun ku inféksi.
© 2021 Asosiasi Amérika pikeun Kamajuan Élmu.sadaya hak disimpen.AAAS mangrupikeun mitra HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef sareng COUNTER.ScienceAdvances ISSN 2375-2548.