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生体材料集中させた伝染を戦い、インプラント統合を高めるための材料の表面/Nano 工学

教授によって K.G. Neoh

ウイルソン Wang 教授1 K.G. Neoh1 Zhilong Shi、1 E.T. Kang および教授2
1化学および Biomolecular 工学の部門
2整形外科の外科の部門
シンガポールの各国用大学
対応する著者: chenkg@nus.edu.sg

細菌はすべてのタイプの表面で容易に付着し、 biofilms を形作ります。 biofilm は植民地化の微生物を保護し、こうして、 biofilm の細菌は彼らの planktonic 同等より抗菌性のエージェントに対して抵抗力がある複数の一桁である場合もあります。 一度形作られる Biofilms は根絶し非常ににくくこの抵抗および持続の含意は生体材料準の伝染ではっきり明示されます。

biofilm はセルが互いにおよび/または表面にスタックする微生物の総計です。 これらの付着性のセルは細胞外の重合体の物質の自己作り出されたマトリックスの内で頻繁に埋め込まれます (EPS)。 Biofilm EPS は細胞外 DNA、蛋白質および多糖類の重合体の混乱です。

医学装置準の伝染が nosocomial 伝染の ~50% に責任があると推定されていました1。 確立されたインプラント伝染のための抗生療法は延長されがち今までのところでは有効ではないかもしれません。 頻繁に、患者にかなりの費用および外傷でインプラントを、除去することはおよび/または修正することは必要になります。

戦闘の伝染への抗生物質の増加する使用はと同時に世界的に主要なパブリック健康問題になった抗菌抵抗の出現のための主要な原因認識されます2。 例えば、 methicillin 抵抗力がある黄色ブドウ球菌 (S. aureus) は散発的伝染を 60年代初頭に引き起こすために疑われた今米国の病院得られた S. の aureus 隔離集団の ~ 60% が付いている多くの病院の endemicity に、達しま、 methicillin に対して抵抗力があります3

biofilms の根絶の伝染そして難しさの biofilms の近い連合の点から見て彼らが確立されれば、 biofilm の形成に対する予防のアプローチは biofilm が形作られた後はっきり抗菌エージェントの管理と比較される好まれた作戦です。 このアプローチは biofilm の細菌の付着そして形成に抵抗するために修正の表面のための教授の研究グループの作戦の後ろの Neoh 主要な理論的根拠を形作りましたりおよび/または彼らの最初の接続機構の間に表面に細菌を殺します。 なお、整形外科のインプラントのため、寄与できる作戦は osseointegration の昇進の抗菌性の特性が付いている表面付随して非常に有望です。

整形外科および歯科アプリケーションのインプラント材料として広範な使用によるチタニウムおよびチタニウムの合金の生体材料の表面の修正の焦点の私達の作業の多く。 これらの表面を functionalize 単純な方法の 1 つは層によ層の技術によって (LbL)あります4。 この技術は 10 から何百ものナノメーターまで及ぶフィルム厚さとの多層に反対側に満たされた高分子電解質の満たされた表面および反対側に満たされた高分子電解質およびそれに続く蓄積間の魅力的な静電気力に、普通基づいています。

それは多目的および効率的です、けれども自然なポリマー、ペプチッドおよび nanoparticles を含む材料の容易、技術広い範囲層にされたフィルムに組み込むことができます。 私達はチタニウム (エシェリヒア属大腸菌 (エシェリヒア属大腸菌) の hyaluronic 酸そして (HA)キトサンの (CS)高分子電解質の multilayers (PEMs) をおよび S. aureus の付着そして成長を禁じる図 1) 組み立てました5

表面が付いている hyaluronic 酸そしてキトサンから成り立つチタニウムの図 1. 高分子電解質の multilayers は RGD を活用しました

HA および CS の鎖の間の架橋結合はより大きい安定性を与えるためにもたらされました。 multilayers は細菌の付着に対して HA の処置および CS の殺菌の特性の組合せによって高い抗菌性の効力を達成します。 セル接着剤のアルギニングリシンアスパラギン酸の (RGD) ペプチッドはこれらのの表面で拡散の顕著な増加および osteoblasts のアルカリホスファターゼの作業の結果がこれらの表面で培養した PEMs それから活用することができます、 (原始的なチタニウムの基板のそれに 100-200% によって)。 RGD の領域に直接結合する細菌が識別されなかったので6、多層の高い抗菌性の効力は相関的な付着性の細菌のセルの番号の約 80% の減少と原始的なチタニウムのそれ保たれました。

減少した細菌の付着が成長因子の活用に先行している中間抗菌性ポリマー層の接木を含む間、同時に骨細胞機能を高めるチタニウムの選択的な biointeractive 表面を達成する別の方法。 この概念の例は図 2. で説明されます。

活用された BMP-2 の carboxymethyl キトサンと接木される図 2. チタニウムの表面

チタニウムの表面は carboxymethyl キトサンの層7 の接木のためのアンカーとして役立つドーパミンと最初に (CMCS) functionalized。 これは CMCS 接木された表面への骨の morphogenetic 蛋白質2 (BMP-2) の活用にそれから先行しています8。 細菌は原始的なチタニウムの表面に汚れる図 3a で緑実行可能な細菌のセルから見ることができるように容易に付着します。 CMCS の層は抗菌性の特性を提供し、 CMCS-functionalized のチタニウムの表面の実行可能なセルの番号は (活用された BMP-2 の有無にかかわらず) かなり原始的なチタニウム (図 3b) のそれよりより少しでした。

図 3. (a) 原始的なチタニウムおよび (b) チタニウムの蛍光顕微鏡の画像は CMCS と functionalized、緑フィルターの下で 6 H. のための S. aureus の PBS の中断の液浸の後で BMP-2 を、6 (10 cells/ml) 活用しました。

CMCS が修正された基板に培養される osteoblasts に対する重要な効果をもたらさない間、活用された BMP-2 は増加されたセル接続機構 (図 4)、アルカリホスファターゼの作業およびカルシウム鉱化によって明記されるようにこれらのセルの osteogenic 機能の促進で有効性を保ちました。 生体内のアプリケーションのためのそのような functionalized 表面の利点は BMP-2 が必要の、解放されない基板の表面で固定されて残ったことです。 これはボディのインプラントサイトを越える位置で成長因子から起こる望ましくない効果の危険を最小化します。

(a) 原始的なチタニウムおよび (b) チタニウムの表面の図 4. 24 の h のために培養された共焦点 osteoblasts のレーザーのスキャン顕微鏡検査の画像は CMCS と functionalized、 BMP-2 を活用しました。

私達のグループは現在回復の新陳代謝の要求に応じるために十分な血液の供給を保障することである骨の治療および再生の主挑戦の 1 つをアドレス指定するために同じ概念を適用しています。 中間ポリマー層 (VEGF)で固定する血管内皮細胞増殖因子はまた endothelial セルの存続そして拡散を促進し、 endothelial セルに人間の mesenchymal 幹細胞の微分を誘導できます9。 VEGF および BMP-2 の共同固定からの効果は現在調査されています。 従って、これらのアプリケーションはインプラントへの表面の functionalization の作戦可能性としては vasculature の形成および新しい骨のティッシュの形成を加速するために非常に有用である場合もあります。


参照

1. R.O. Darouiche、 「伝染の防止のための装置の抗菌コーティング: 主義および保護」、人工器官 30、 820-827 2007 年の国際ジャーナル。
2. H. ヨーロッパの Goosens、 M. Ferech、 R. Vander Stichele、 M. Elseviers、 「外来患者の抗生の使用および抵抗の連合: 二国以上のデータベースの調査」、尖頭アーチ 365、 579 - 587 2005 年
3. J. Chastre、 「抵抗力がある病原体」、臨床微生物学および伝染 14 (Suppl を用いる展開問題。 3)、 3-14 2008 年。
4. G. Decher、 「曖昧な nanoassemblies: 層にされた重合体の multicomposites の方」、科学 277 1232 1997 年。
5. P. チタニウムの基板の hyaluronic 酸キトサンの高分子電解質の multilayers の H. Chua、 K.G. Neoh、 Z.L. Shi、 E.T. Kang、 「構造安定性および bioapplicability の査定は」、生物医学的な材料のジャーナル A 87 1061-1074 2008 年を研究します。
6. L. 非functionalized が塗られるチタニウム酸化物の表面への G. ハリス、 S. Tosatti、 M. Wieland、 M. Textor、 R.G. Richards、 「黄色ブドウ球菌多付着およびペプチッドfunctionalized (L リジン) - 接木多 (エチレン・グリコールの) 共重合体」の、生体材料 25、 4135-4148 2004 年
7. X. ファン、 L. 林、 J.L. Dalsin、 P.B. Messersmith、 「金属の基板からの表面始められた重合のための Biomimetic アンカー」の、アメリカ化学会 127、 15843-15847 2005 年のジャーナル。
8. Z.L. Shi、 K.G. Neoh、 E.T. Kang、 C.K. Poh、 W. Wang、 「carboxymethyl キトサンが付いているチタニウムおよび高められた osseointegration のための固定された骨 morphogenetic 蛋白質2 の表面の functionalization」、 Biomacromolecules 10 1603-1611 2009 年
9. C.K Poh、 Z.L. Shi、 T.Y. Lim、 K.G. Neoh、 W. Wang、 「endothelial セルに対するチタニウムの VEGF の functionalization の効果生体外で」、生体材料 31 1578-1585 2010 年。

、版権 AZoNano.com K.G. Neoh (シンガポールの各国用大学) 教授

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

Last Update: 14. June 2013 01:31

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