Assistenza Tecnica Di Superficie/Nana dei Materiali per il Combattimento delle Infezioni Biomateriale-Centrate ed il Miglioramento dell'Integrazione dell'Innesto

dal Professor K.G. Neoh

Il Professor K.G. Neoh1, Zhilong Shi1, E.T. Kang1 ed il Professor Wilson Wang2
1Dipartimento di Assistenza Tecnica Chimica e Biomolecolare
2Dipartimento di Ortopedia
Università Nazionale di Singapore
Autore Corrispondente: chenkg@nus.edu.sg

I Batteri aderiscono prontamente su tutti i tipi di superfici e formano i biofilms. Il biofilm protegge i microrganismi di colonizzazione e così, i batteri in un biofilm possono essere parecchi ordini di grandezza più resistenti agli agenti antibatterici che le loro controparti planctoniche. I Biofilms formati una volta sono molto difficili da sradicare e le implicazioni di questi resistenza e persistenza sono manifestate chiaramente nell'infezione biomateriale-associata.

Un biofilm è un cumulo dei microrganismi in cui le celle sono attaccate l'un l'altro e/o ad una superficie. Queste celle aderenti sono incluse frequentemente all'interno di una matrice di produzione propria della sostanza polimerica extracellulare (EPS). Il Biofilm ENV è un miscuglio polimerico di DNA, di proteine e dei polisaccaridi extracellulari.

È stato stimato che le infezioni unità-associate mediche fossero responsabili di ~50% delle infezioni nosocomiali1. La terapia Antibiotica per le infezioni stabilite dell'innesto tende ad essere prolungata ma non può essere efficace. Molto spesso, diventa necessario rimuovere e/o rivedere l'innesto, a considerevoli spesa e trauma al paziente.

L'uso aumentante degli antibiotici alle infezioni di combattimento è riconosciuto mentre la causa principale per l'emergenza della resistenza antimicrobica che si è trasformata in in un problema sanitario importante universalmente2. Per esempio, lo Staphylococcus aureus meticillina-resistente (s.aureus) Che è stato sospettato per causare le infezioni sporadiche nell'inizio degli anni 60, ora ha raggiunto il endemicity in molti ospedali, con ~ 60% degli isolati ospedale-acquistati di s.aureus in U.S.A., essendo resistente alla meticillina3.

In considerazione dell'associazione vicina dei biofilms con le infezioni e la difficoltà nello sradicamento dei biofilms una volta che sono stabiliti, un approccio preventivo contro formazione del biofilm è chiaramente una strategia preferita confrontata all'amministrazione degli agenti antimicrobici dopo che il biofilm è stato formato. Questo approccio forma una spiegazione razionale importante dietro le strategie del Gruppo Di Ricerca Del Professor Neoh affinchè le superfici di modificazione resista all'aderenza dei batteri ed alla formazione di biofilm e/o uccide i batteri durante il loro collegamento iniziale alla superficie. Ancora, per gli innesti ortopedici, le strategie che possono dotare la superficie con i beni antibatterici simultaneamente con la promozione dell'osteointegrazione altamente stavano promettendo.

Molto del nostro lavoro sui fuochi di modifica della superficie del biomateriale sulle leghe di titanio e di titanio dovuto il loro esteso uso come materiali dell'innesto nelle applicazioni ortopediche e dentarie. Uno dei modi più semplici functionalize queste superfici è via la tecnica (LbL) del livello-da-livello4. Questa tecnica è basata sulla forza elettrostatica attraente fra una superficie fatta pagare e un polielettrolito in modo opposto fatto pagare e l'accumulazione successiva dei polielettroliti in modo opposto fatti pagare in un a più strati, tipicamente con uno spessore di pellicola che varia dai dieci alle centinaia di nanometri.

È un versatile ed efficiente, eppure facile, tecnica ed una vasta gamma di materiali compreso i polimeri, il peptide e le nanoparticelle naturali può essere incorporato nelle pellicole stratificate. Abbiamo costruito i multilayers del polielettrolito (PEMs) con acido ialuronico (HA) e chitosan (CS) sul titanio (Figura 1) per inibire aderenza e crescita di s.aureus di Escherichia coli (Escherichia coli) e5.

La Figura 1. multilayers del Polielettrolito sul titanio che comprende l'acido ialuronico ed il chitosan con superficie ha coniugato RGD.

La Reticolazione fra le catene del CS e dell'HA è stata presentata per comunicare la maggior stabilità. I multilayers raggiungono l'alta efficacia antibatterica con una combinazione dell'atto dell'HA contro aderenza batterica e dei beni battericidi di CS. il peptide acido arginina-glicina-aspartico del Cella-Collante (RGD) può poi essere coniugato sulle superfici dei questi PEMs, che i risultati nell'importante crescita nella proliferazione e nell'attività della fosfatasi alcalina dei osteoblasts hanno coltivato su queste superfici (da 100-200% sopra quello dei substrati di titanio incontaminati). Poiché nessun batterio che legano direttamente ad un dominio di RGD è stato identificato6, l'alta efficacia antibatterica dell'a più strati è stata conservata con rapporto di riproduzione di circa 80% del numero delle celle batteriche aderenti relative quello sul titanio incontaminato.

Un Altro metodo per raggiungere una superficie biointeractive selettiva sul titanio che migliora simultaneamente la funzione delle cellule di osso mentre fa diminuire l'aderenza batterica comprende l'innesto di un livello antibatterico intermedio del polimero seguito dalla coniugazione di un fattore di crescita. Un esempio di questo concetto è illustrato nella Figura 2.

Figura 2. di superficie del Titanio innestato con il chitosan carbossimetilico con BMP-2 coniugato

La superficie di titanio in primo luogo functionalized con dopamina7 che servisce da ancora per l'innesto di un livello carbossimetilico (CMCS) del chitosan. Ciò poi è seguita dalla coniugazione dell'osso protein-2 (BMP-2) morfogenetico alla superficie CMCS-innestata8. I Batteri aderiscono prontamente alla superficie di titanio incontaminata può essere veduto dalle celle batteriche possibili macchiate verdi nella la Figura 3a. Il livello di CMCS fornisce i beni antibatterici ed il numero delle celle possibili sulla superficie di titanio di CMCS-functionalized (con e senza BMP-2 coniugato) era significativamente di meno che quello sul Ti incontaminato (Figura 3b).

Figura 3. immagini di microscopia di Fluorescenza (a) di Ti incontaminato e (b) il Ti functionalized con CMCS ed ha coniugato BMP-2, sotto il filtro verde dopo l'immersione in una sospensione di PBS di s.aureus (106 cells/ml) per 6 H.

Mentre il CMCS non ha effetto significativo sui osteoblasts coltivati sui substrati modificati, il BMP-2 coniugato ha conservato la sua efficacia nella promozione delle funzioni osteogene di queste celle come indicato tramite il collegamento aumentato delle cellule (Figura 4), attività della fosfatasi alcalina e mineralizzazione del calcio. Un vantaggio di tali superfici functionalized per in vivo le applicazioni è che il BMP-2 è rimanere vincolato sulla superficie del substrato in cui è necessario e non è rilasciato. Ciò minimizzerebbe il rischio di effetti indesiderabili in seguito al fattore di crescita alle posizioni oltre il sito dell'innesto nell'organismo.

Figura 4. immagini Confocali di microscopia di scansione del laser dei osteoblasts coltivati per 24 h sulle superfici (a) di Ti incontaminato e (b) il Ti functionalized con CMCS ed ha coniugato BMP-2.

Il Nostro gruppo corrente sta applicando lo stesso concetto per indirizzare una delle sfide chiave nella guarigione e nella rigenerazione dell'osso che è di assicurare l'offerta di sangue adeguata per rispondere alle esigenze metaboliche del ripristino. Il fattore di crescita endoteliale Vascolare (VEGF) vincolato su un livello intermedio del polimero può promuovere la sopravvivenza e la proliferazione delle celle endoteliali ed anche indurre la differenziazione delle cellule staminali mesenchymal umane nelle celle endoteliali9. Gli effetti dall'co-immobilizzazione di VEGF e di BMP-2 corrente stanno studiandi. Quindi, l'applicazione di questi strategie di functionalization della superficie agli innesti può potenzialmente essere molto utile per l'accelerazione la formazione del sistema vascolare e di nuova formazione del tessuto dell'osso.


Riferimenti

1. R.O. Darouiche, “rivestimento Antimicrobico delle unità per la prevenzione dell'infezione: Principi e protezione„, Giornale Internazionale degli Organi Artificiali 30, 820-827, 2007.
2. H. Goosens, uso antibiotico di M. Ferech, di R. Vander Stichele, di M. Elseviers, “del Paziente Esterno in Europa ed associazione con resistenza: uno studio transnazionale del database„, Lancetta 365, 579 - 587, 2005
3. J. Chastre, “problemi Evolventesi con gli agenti patogeni resistenti„, la Microbiologia e l'Infezione Cliniche 14 (Supplemento. 3), 3-14, 2008.
4. G. Decher, “nanoassemblies Sfocati: Verso i multicomposites polimerici stratificati„, Scienza 277, 1232, 1997.
5. P. la valutazione di H. Chua, di K.G. Neoh, di Z.L. Shi, di E.T. Kang, “della stabilità Strutturale e di bioapplicability dei multilayers ialuronici del polielettrolito del acido-chitosan sui substrati di titanio„, Giornale dei Materiali Biomedici Ricerca A 87, 1061-1074, 2008.
6. L. aderenza di G. Harris, di S. Tosatti, di M. Wieland, di M. Textor, di R.G. Richards, “di Staphylococcus aureus alle superfici dell'ossido di titanio ricoperte di non-functionalized e peptide-functionalized poli (L-Lisina) - innestare-poli copolimeri (della glicole etilenico)„, Biomateriali 25, 4135-4148, 2004
7. X. Ventilatore, L. Lin, J.L. Dalsin, P.B. Messersmith, “ancora di Biomimetic per polimerizzazione superficie-iniziata dai substrati del metallo„, Giornale della Società di Prodotto Chimico Americano 127, 15843-15847, 2005.
8. Z.L. Shi, K.G. Neoh, E.T. Kang, C.K. Poh, W. Wang, “functionalization Di Superficie del titanio con il chitosan carbossimetilico e dell'osso vincolato protein-2 morfogenetico per l'osteointegrazione migliorata„, Biomacromolecules 10, 1603-1611, 2009
9. C.K Poh, Z.L. Shi, T.Y. Lim, K.G. Neoh, W. Wang, “L'effetto del functionalization di VEGF del titanio sulle celle endoteliali in vitro„, Biomateriali 31, 1578-1585, 2010.

Copyright AZoNano.com, il Professor K.G. Neoh (Università Nazionale di Singapore)

Date Added: May 18, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 01:28

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