생체 적합 물질 중심에 있던 감염 대항 임플란트 통합 강화를 위한 물자의 지상/Nano 기술설계

교수에 의하여 K.G. Neoh

윌슨 왕 교수1 K.G. Neoh,1 Zhilong Shi, 1 E.T. Kang 및 교수2
1화학과 생체 고분자 기술설계의 부
2정형외과 수술의 부
싱가포르의 국제적인 대학
대응 저자: chenkg@nus.edu.sg

박테리아는 표면의 모든 모형에 즉시 고착하고 biofilms를 형성합니다. biofilm는 식민지화 미생물을 보호하고 이렇게, biofilm에 있는 박테리아는 그들의 planktonic 카운터파트 보다는 항균 에이전트에 저항하는 몇몇 크기 순서일 수 있습니다. 한 번 형성된 Biofilms는 근절하기 아주 어렵, 이 저항 및 지속성의 연루는 생체 적합 물질 관련되는 감염에서 명확하게 명시됩니다.

biofilm는 세포가 서로에게 그리고/또는 표면에 스턱되는 미생물의 골재입니다. 이 부착한 세포는 extracellular 중합 물질의 각자 생성한 매트릭스 안에 자주 내재되어 있습니다 (EPS). Biofilm EPS는 extracellular DNA, 단백질 및 다당류의 중합 뒤죽박죽입니다.

의학 장치 관련되는 감염이 병원내 감염의 ~50%에 책임 있다는 것을 고 추정되었습니다1. 설치한 임플란트 감염을 위한 항생 치료는 머리말을 붙이 경향이 있고 그럼에도 불구하고 효과적이지 않을지도 모릅니다. 수시로, 환자에게 상당한 경비 및 외상에 임플란트를, 제거하고는 것은 그리고/또는 수정하는 것이 필요하게 됩니다.

전투 감염에 항생제의 증가 사용은 때 세계전반 중요한 public 건강 문제가 된 항균성 저항의 출현을 위한 주요 원인 인식될 것입니다2. 예를 들면, 메티실린 저항하는 황색포도상구균 (S. 아우레우스)는 지금 산발적인 감염을 1960년대 초 일으키는 원인이 되기 위하여 의심된, 미국에 있는 병원 취득한 S. 아우레우스 격리된 것의 ~ 60%와 더불어 많은 병원에 있는 endemicity를, 도달해, 메티실린에 저항하3.

biofilms 근절에 있는 감염 그리고 어려움을 가진 biofilms의 가까운 협회에 비추어 일단 그(것)들이 설치되면, biofilm 대형에 대하여 예방 접근은 biofilm가 형성된 후에 명확하게 항균성 에이전트의 행정과 비교된 선호한 전략입니다. 이 접근은 변경 표면을 위한 교수 연구 단체의 전략의 뒤에 Neoh 중요한 biofilm의 박테리아 접착 그리고 대형을 저항하기 위하여 이론적 설명을 형성하고, 그리고/또는 그들의 처음 부착 도중 표면에 박테리아를 죽입니다. 게다가, 정형외과 임플란트를 위해, 부여할 수 있는 전략은 osseointegration의 승진을 가진 항균 속성을 가진 표면 수반하 높게 유망할.

정형외과와 치과 응용에 있는 임플란트 물자로 그들의 광대한 사용 때문에 티타늄과 티타늄 합금에 생체 적합 물질 표면 수정 초점에 우리의 일의 다량. 이 표면을 functionalize 간단한 쪽의 한개는 층 에 의하여 층 기술을 통해 (LbL) 입니다4. 이 기술은 10에서 나노미터의 수백에 구역 수색하는 필름 간격에 다중층으로 반대로 비용이 부과된 고분자 전해질의 비용이 부과된 표면 및 반대로 비용이 부과된 고분자 전해질 및 연속적인 병력 증강 사이 매력적인 정전기힘에, 전형적으로 근거를 둡니다.

그것은 다재다능합니다 및 능률적입니다, 그러나 자연적인 중합체, 펩티드 및 nanoparticles를 포함하여 물자의 손쉽고, 기술 그리고 광범위 층이 된 필름으로 통합될 수 있습니다. 우리는 티타늄 (대장균 (대장균)에 hyaluronic 산 그리고 (HA) chitosan의 (CS) 고분자 전해질 multilayers (PEMs)를과 S. 아우레우스의 접착 그리고 성장을 억제하는 숫자 1) 구성했습니다5.

표면을 가진 hyaluronic 산 그리고 chitosan 구성하고 있는 티타늄에 숫자 1. 고분자 전해질 multilayers는 RGD를 활용시켰습니다.

헬기공격과 CS 사슬 사이에서 교차 결합시키는 것은 더 중대한 안정성을 나누어 주기 위하여 소개되었습니다. multilayers는 세균성 접착에 대하여 헬기공격의 활동 및 CS의 살균 속성의 조합을 통해 높은 항균 효험을 달성합니다. 세포 접착제 아르기닌 글리신 아스파르트 산성 (RGD) 펩티드는 이의 표면에 확산에 있는 중요한 증가 및 osteoblasts의 알칼리성 인산 가수분해 효소 활동에 있는 결과가 이 표면에 경작한 PEMs 그 때 활용될 수 있습니다, (초기 티타늄 기질의 그것에 100-200%에 의하여). RGD 도메인에 직접 묶는 아무 박테리아도 확인되지 않았기 때문에6, 다중층의 높은 항균 효험은 상대 부착한 세균성 세포의 수에 있는 대략 80% 감소로 초기 티타늄에 그것 유지되었습니다.

감소하는 세균성 접착이 성장 인자의 활용에 선행되는 중간 항균 중합체 층의 접붙이는 관련시키는 동안 동시에 뼈 세포 기능을 강화하는 티타늄에 선택적인 biointeractive 표면을 달성하는 다른 방법. 이 개념의 보기는 숫자 2.에서 설명됩니다.

활용된 BMP-2를 가진 carboxymethyl chitosan로 접붙여지는 숫자 2. 티타늄 지상

티타늄 표면은 carboxymethyl chitosan 층7 의 접붙이기 위한 닻 역할을 하 도파민으로 첫째로 (CMCS) functionalized. 이것은 CMCS 접붙여진 표면에 뼈 morphogenetic 단백질 2 (BMP-2)의 활용에 그 때 선행됩니다8. 박테리아는 초기 티타늄 표면에 얼룩이 진 숫자 3a에서 녹색이라고 실행 가능한 세균성 세포에서 보일 수 있다시피 즉시 고착합니다. CMCS 층은 항균 속성을 제공하고, CMCS-functionalized 티타늄 표면에 실행 가능한 세포의 수는 (활용된 BMP-2 유무) 중요하게 초기 TI (숫자 3b)에 그것 보다는 더 적은이었습니다.

숫자 3. (a) 초기 TI 및 (b) TI의 형광 현미경 검사법 심상은 CMCS로 functionalized 녹색 필터의 밑에 6 H.를 위해 S. 아우레우스의 PBS 현탁액에 있는 침수 후에 BMP-2를,6 (10 cells/ml) 활용시켰습니다.

CMCS에는 변경하는 기질에 경작되는 osteoblasts에 대한 중요한 효력이 없는 동안 활용된 BMP-2는 증가시킨 세포 부착 (숫자 4), 알칼리성 인산 가수분해 효소 활동 및 칼슘 강화 작용에 의해 표시되는 것과 같이 이 세포의 osteogenic 기능을 승진시키기에 있는 그것의 효과를 유지했습니다. 생체 조건 응용을 위한 그 같은 functionalized 표면의 이점은 BMP-2가 필요하 풀어 놓이지 않는 기질 표면에 고정시켜 남아 있었다 입니다. 이것은 바디에 있는 임플란트 사이트 저쪽에 위치에 성장 인자에서 일어나는 바람직하지 않는 효력의 리스크를 극소화할 것입니다.

(a) 초기 TI 및 (b) TI의 표면에 숫자 4. Confocal 24의 h를 위해 경작된 osteoblasts의 레이저 스캐닝 현미경 검사법 심상은 CMCS로 functionalized BMP-2를 활용시켰습니다.

우리의 단은 지금 동일 적당한 혈액 공급을 복구의 신진 대사 요구에 응하기 위하여 지키기 위한 것인 뼈 치유 및 재생에 있는 중요한 도전의 한을 제시하기 위하여 개념을 적용하고 있습니다. 중간 중합체 층 (VEGF)에 고정된 관 내피 성장 성장 인자는 또한 내피 성장 세포의 생존 그리고 확산을 승진시키고 내피 성장 세포로 인간적인 mesenchymal 줄기 세포의 감별법을 유도할 수 있습니다9. VEGF와 BMP-2의 지휘관 동원정지에서 효력은 지금 조사되고 있습니다. 따라서, 이들의 응용은 임플란트에 표면 functionalization 전략 잠재적으로 맥관 구조 대형과 새로운 뼈 조직 대형 가속을 위해 아주 유용할 수 있습니다.


참고

1. R.O. Darouiche, "감염의 예방을 위한 장치의 항균성 코팅: 원리와 보호", 인공 기관 30, 820-827 2007년의 국제 저널.
2. H. 유럽에 있는 Goosens, M. Ferech, R. Vander Stichele, M. Elseviers, "외래환자 항생 사용 및 저항과의 협회: 전국 횡단 데이타베이스 연구 결과", 바소 365, 579 - 587 2005년
3. J. Chastre, "저항하는 병원체", 임상 미생물학 및 감염 14 (Suppl에 대한 발전 문제. 3), 3-14 2008년.
4. G. Decher, "솜털 모양 nanoassemblies: 층이 된 중합 multicomposites로", 과학 277 1232년 1997년.
5. P.H. Chua, K.G. Neoh, Z.L. Shi, E.T. Kang, "티타늄 기질에 hyaluronic 산 chitosan 고분자 전해질 multilayers의 구조상 안정성 및 bioapplicability 평가는", 생물 의학 물자의 전표 A 87 1061-1074년 2008년을 연구합니다.
6. L. non-functionalized로 입히는 티타늄 산화물 표면에 G. 해리스, S. Tosatti, M. Wieland, M. Textor, R.G. Richards, "황색포도상구균 접착과 많은 펩티드 functionalized (L 리진) - 접붙이 많은 (에틸렌 글리콜) 공중 합체", 생체 적합 물질 25, 4135-4148 2004년
7. X. 팬, L. 린, J.L. Dalsin, P.B. Messersmith, "금속 기질에서 표면 개시된 중합을 위한 Biomimetic 닻", 미국 화학제품 사회 127, 15843-15847 2005년의 전표.
8. Z.L. Shi, K.G. Neoh, E.T. Kang, C.K. Poh, W. 왕, "carboxymethyl chitosan를 가진 티타늄 및 강화된 osseointegration를 위한 고정된 뼈 morphogenetic 단백질 2의 지상 functionalization", Biomacromolecules 10 1603-1611년 2009년
9. C.K Poh, Z.L. Shi, T.Y. Lim, K.G. Neoh, W. 왕, "내피 성장 세포에 대한 티타늄의 VEGF functionalization의 효력 생체외에서", 생체 적합 물질 31 1578-1585년 2010년.

, 저작권 AZoNano.com K.G. Neoh (싱가포르의 국제적인 대학) 교수

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

Last Update: 14. June 2013 01:35

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