There is 1 related live offer.

Save 25% on magneTherm

Поверхностное/Nano Инджиниринг Материалов для Сражать Биоматериал-Центризованные Инфекции и Увеличивать Внедрение Implant

Профессором K.G. Neoh

Профессор K.G. Neoh1, Zhilong Shi1, E.T. Kang1 и Профессор Уилсон Wang2
1Отдел Химического и Биомолекулярного Инджиниринга
2Отдел Протезной Хирургии
Национальный Университет Сингапура
Соответствуя автор: chenkg@nus.edu.sg

Бактерии охотно придерживаются на всех типах поверхностей и формируются biofilms. Biofilm защищает колонизируя микроорганизмы и таким образом, бактерии в biofilm могут быть несколькими порядков величины более упорных к противобактериологическим агентам чем их planktonic двойникам. Раз, котор формируют Biofilms очень трудны для того чтобы искоренить, и прикосновенности этих сопротивления и персистирования ясно обнародованы в биоматериал-связанной инфекции.

Biofilm компосит микроорганизмов в которых клетки вставлены к одину другого и/или к поверхности. Эти адэрентные клетки часто врезаны внутри собственн-произведенная матрица внеклеточного полимерного вещества (EPS). Biofilm EPS полимерный беспорядок внеклеточных ДНА, протеинов, и полисахаридов.

Было оценено что медицинские прибор-связанные инфекции ответствены для ~50% из nosocomial инфекций1. Антибиотическая терапия для установленных инфекций implant клонит быть увеличенным или/и не может быть эффективна. Очень часто, будет необходимо извлечь и/или откорректировать implant, на значительных расходе и травма к пациенту.

Увеличивая польза антибиотиков к инфекциям боя по мере того как главная причина для эмерджентности противомикробного сопротивления которое было главной проблемой общественных здравоохранений всемирно2. Например, метициллин-упорный Золотистый Стафилококк (aureus S.) которая было заподозрены, что причинило спорадические инфекции в начале 1960-ых годов, теперь достигал endemicity в много больниц, с ~ 60% больниц-приобретенных изолятов S. aureus в США, был упорн к метициллину3.

В виду близкой ассоциации biofilms с инфекциями и затруднением в искоренять biofilms как только они установлены, профилактический подход против образования biofilm ясно предпочитаемая стратегия сравненная к администрации противомикробных агентов после того как biofilm был сформирован. Этот подход формирует главное рассуждение за стратегиями Исследовательской Группы Профессора Neoh для дорабатывая поверхностей для того чтобы сопротивлять прилипанию бактерий и образованию biofilm, и/или убивает бактерии во время их начального приложения к поверхности. Furthermore, для протезных implants, стратегии которые могут обеспечить доходом поверхность с противобактериологическими свойствами сопутствующе обстоятельств с промотированием osseointegration были бы сильно перспективнейши.

Много из нашей работы на фокусах модификации поверхности биоматериала на titanium и titanium сплавах должных к их обширной пользе как материалы implant в протезных и зубоврачебных применениях. Один из самых простых путей functionalize эти поверхности через метод (LbL) сло--слоя4. Этот метод основан на привлекательной силе электростатического поля между порученной поверхностью и противоположно порученным полиэлектролитом и последующим строением вверх противоположно порученных полиэлектролитов в разнослоистое, типично с толщиной фильма которая колебается от 10 к сотниам нанометров.

Он разносторонняя и эффективн, но лёгко, методы, и широкие диапазоны материалов включая естественные полимеры, пептид и nanoparticles смогите быть включено в наслоенные фильмы. Мы строили multilayers полиэлектролита (PEMs) hyaluronic кислоты (HA) и хитозана (CS) на титане (Диаграмме 1) для того чтобы заблокировать прилипание и рост aureus Escherichia Coli (Escherichia Coli) и S5.

Диаграмма 1. multilayers Полиэлектролита на титане состоя из hyaluronic кислоты и хитозана с поверхностью проспрягала RGD.

Crosslinking между цепями HA и CS было введен для того чтобы impart большая стабилность. Multilayers достигают высокой противобактериологической эффективности через сочетание из действие HA против бактериального прилипания и бактерицидные свойства CS. пептид Клетк-Прилипателя аргинин-глицин-аспартовый кисловочный (RGD) можно после этого проспрягать на поверхностях этих PEMs, которое результаты в значительном росте в пролиферации и деятельности при алкалической фосфатазы osteoblasts выращивали в питательной среде: на этих поверхностях (100-200% над тем из древних titanium субстратов). В Виду Того Что не определяли никакие бактерии которые связывают сразу к домену RGD6, высокая противобактериологическая эффективность разнослоистого была сохранена с уменьшением около 80% в числе адэрентных бактериальных клеток по отношению к тому на древнем титане.

Другой метод для того чтобы достигнуть селективной biointeractive поверхности на титане который одновременно увеличивает функцию клетки косточки пока уменьшающ бактериальное прилипание включает прививать промежуточного противобактериологического слоя полимера следовать спряжением фактора роста. Пример этой принципиальной схемы проиллюстрирован в Диаграмме 2.

Диаграмма 2. поверхностное Титана прививанное с carboxymethyl хитозаном с проспряганным BMP-2

Titanium поверхность сперва functionalized с допамином7 который служит как анкер для прививать carboxymethyl слоя (CMCS) хитозана. Это после этого следовать спряжением косточки morphogenetic protein-2 (BMP-2) к CMCS-прививанной поверхности8. Бактерии придерживаются охотно к древний titanium поверхности как можно видеть от жизнеспособных бактериальных запятнанных клеток зелеными в Диаграмме 3a. Слой CMCS обеспечивает противобактериологические свойства, и число жизнеспособных клеток на поверхности CMCS-functionalized titanium (с и без проспряганного BMP-2) было значительно чем то на древнем Ti (Диаграмме 3b).

Диаграмма 3. изображения микроскопии Флуоресцирования (a) древнего Ti, и Ti (b) functionalized с CMCS и проспрягала BMP-2, под зеленым фильтром после погружения в подвесе PBS aureus S. (106 cells/ml) для H. 6.

Пока CMCS не имеет никакое значительно влияние на выращиванных в питательной среде: osteoblasts на доработанных субстратах, проспряганное BMP-2 сохранило свою эффективность в повышать osteogenic функции этих клеток как показано увеличенным приложением клетки (Диаграммой 4), деятельностью при алкалической фосфатазы и орудением кальция. Преимущество таких functionalized поверхностей для внутри - применения vivo что BMP-2 остало лишенным подвижности на поверхности субстрата где оно необходимо и не выпущено. Это уменьшило бы риск нежелательных влияний возникая от фактора роста на положениях за местом implant в теле.

Диаграмма 4. Confocal изображения микроскопии скеннирования лазера osteoblasts выращиванных в питательной среде: для 24 h на поверхностях (a) древнего Ti, и Ti (b) functionalized с CMCS и проспрягала BMP-2.

Наша группа в настоящее время прикладывает такую же принципиальную схему для того чтобы адресовать одну из ключевых возможностей в излечивать и регенерации косточки которая обеспечить адекватнюю поставку крови для того чтобы соотвествовать метаболически спасения. Васкулярный эндотелиальный фактор роста (VEGF) лишенный подвижности на промежуточном слое полимера может повысить выживание и пролиферацию эндотелиальных клеток и также навести дифференцирование людских mesenchymal стволовых клеток в эндотелиальные клетки9. Влияния от co-обездвиживания VEGF и BMP-2 в настоящее время расследуются. Таким Образом, применение этих стратегии functionalization поверхности к implants может потенциально быть очень полезно для ускорения образования vasculature и нового образования ткани косточки.


Справки

1. R.O. Darouiche, «Противомикробное покрытие приборов для предохранения инфекции: Принципы и предохранение», Международный Журнал Искусственних Органов 30, 820-827, 2007.
2. H. Goosens, польза M. Ferech, R. Vander Stichele, M. Elseviers, «Поликлиническия антибиотическая в Европе и ассоциация с сопротивлением: крест-национальное изучение базы данных», Ланцет 365, 579 до 587, 2005
3. J. Chastre, «Эволюционируя проблемы с упорными патогенами», Клиническими Микробиологией и Инфекцией 14 (Suppl. 3), 3-14, 2008.
4. G. Decher, «Пушистые nanoassemblies: К наслоенным полимерным multicomposites», Наука 277, 1232, 1997.
5. P. оценка H. Chua, K.G. Neoh, Z.L. Shi, E.T. Kang, «Структурной стабилности и bioapplicability hyaluronic multilayers полиэлектролита кислот-хитозана на titanium субстратах», Журнал Биомедицинских Материалов Исследует A 87, 1061-1074, 2008.
6. L. прилипание G. Херриса, S. Tosatti, M. Wieland, M. Textor, R.G. Richards, «Золотистого Стафилококка к поверхностям titanium окиси покрынным с non-functionalized и пептид-functionalized поли (L-Лизин) - прививать-поли (сополимеры гликоля этилена)», Биоматериалы 25, 4135-4148, 2004
7. X. Вентилятор, L. Lin, J.L. Dalsin, P.B. Messersmith, «анкер Biomimetic для поверхност-начатой полимерности от субстратов металла», Журнал Общества Американского Химиката 127, 15843-15847, 2005.
8. Z.L. Shi, K.G. Neoh, E.T. Kang, C.K. Poh, W. Wang, «Поверхностное functionalization титана с carboxymethyl хитозаном и лишенной подвижности косточки morphogenetic protein-2 для увеличенного osseointegration», Biomacromolecules 10, 1603-1611, 2009
9. C.K Poh, Z.L. Shi, T.Y. Lim, K.G. Neoh, W. Wang, «Влияние functionalization VEGF титана на эндотелиальных клетках в vitro», Биоматериалы 31, 1578-1585, 2010.

Авторское Право AZoNano.com, Профессор K.G. Neoh (Национальный Университет Сингапура)

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

Last Update: 14. June 2013 01:52

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit