Ytbehandla/Nano Iscensätta av Material för Combating av Biomaterials-Centrerade Infektioner och Förhöjning av ImplantatIntegration

vid Professorn K.G. Neoh

Professor K.G. Neoh1, Zhilong Shi1, E.T. Kang1 och Professor Wilson Wang2
1Avdelning av Kemiskt och Biomolecular Iscensätta
2Avdelning av Ortopedisk Kirurgi
MedborgareUniversitetar av Singapore
Motsvarande författare: chenkg@nus.edu.sg

Bakterier klibbar klart på alla typer av ytbehandlar och bildar biofilms. Biofilmen skyddar de kolonisera microorganismsna, och thus, kan bakterier i en biofilm vara flera beställer av storlek som är mer resistent till antibacterial medel än deras planktonic motstycken. Biofilms som bildas en gång, är mycket svåra att utrota, och implikationerna av denna motstånd och ståndaktighet visas klart i biomaterials-tillhörande infektion.

En biofilm är ett aggregat av microorganisms som celler klibbas i till varje annan och/eller till en ytbehandla. Dessa fastsittande celler bäddas in vanligt inom enproducerad matris av den extracellular polymeric vikten (EPS). Biofilmen EPS är en polymeric röra av extracellular DNA, proteiner och polysaccharides.

Det har beräknats att medicinska apparat-tillhörande infektioner är ansvariga för ~50% av nosokomiala infektioner1. Antibiotisk terapi för etablerade implantatinfektioner ansar för att vara långvarig och yet kan inte vara effektiv. Mycket ofta, blir det nödvändigt att ta bort, och/eller andra korrektur implantatet, på betydligt uppta som omkostnad och trauman till den tålmodig.

Det ökande bruket av antibiotikummar att bekämpa infektioner känns igen som det huvudsakligt orsakar för uppkomsten av antimicrobial motstånd som har blivit ett ha som huvudämneallmän hälsaproblem över hela världen2. Till exempel aureus methicillin-resistent Staphylococcus - (aureus för S.) som misstänktes för att orsaka sporadiska infektioner i tidig sort60-tal, har nu nett endemicity i många sjukhus, med ~ 60% av sjukhus-fångna aureus isolater för S. i USA och att vara resistent till methicillin3.

I beskåda av den nära anslutningen av biofilms med infektioner, och svårigheten, i att utrota biofilms, när de är etablerade, en förebyggande medel, att närma sig mot biofilmbildande är klart en föredragen strategi som jämförs till administrationen av antimicrobial medel, efter biofilmen har bildats. Detta att närma sig bildar en ha som huvudämnelogisk grund bak Professorn Neoh Forskning somGrupp strategier för att ändra ytbehandlar för att motstå bakterier adhesion och bildande av biofilmen och/eller dödar bakterierna under deras initiala tillbehör till ytbehandla. Dessutom för ortopediska implantat, skulle strategier, som kan begåva, ytbehandla med antibacterial rekvisita concomitantly med befordran av osseointegrationen är högt lovas.

Mycket av vårt arbete på biomaterial ytbehandlar ändring fokuserar på titaniumen, och titaniumen legerar tack vare deras omfattande bruk som implantatmaterial i ortopediska och tand- applikationer. En av den enklaste vägen att functionalize dessa ytbehandlar är via lagrar-vid-lagrar (LbL) teknik4. Denna teknik baseras på den attraktiva elektrostatiska styrkan mellan laddad ytbehandlar och en motsatt laddad polyelectrolyte och den följande uppbyggnaden av motsatt laddade polyelectrolytes in i ett multilayer, typisk med en filmatjocklek som spänner från tio till hundratals nanometers.

Den är ett mångsidigt och effektiv, yet facile, tekniken och en lång räcka av polymrer, peptiden och nanoparticles för material inklusive naturliga kan inkorporeras in i det i lagert filmar. Vi har konstruerat polyelectrolytemultilayers (PEMs) av hyaluronic syra (HA) och chitosan (CS) på titaniumen (Figurera 1), för att förhindra adhesion och tillväxt av Escherichia Coli (Escherichia Coli) och för S. aureus5.

Figurera 1. Polyelectrolytemultilayers på titaniumen som består av den hyaluronic syra och chitosanen med, ytbehandlar konjugerad RGD.

Crosslinking mellan HAEN och CSEN kedjar introducerades för att ge mer stor stabilitet. Multilayersna uppnår antibacterial effektivitet för kick till och med en kombination av handlingen av HA mot bakterie- adhesion och den bactericidal rekvisitan av CS. Cell-Bindemedel som denaspartic syrliga peptiden (RGD) kan därefter konjugeras på, ytbehandlar av dessa PEMs, som resulterar i viktig förhöjning i spridning, och aktivitet för den alkaline phosphatasen av osteoblasts som odlas på dessa, ytbehandlar (vid 100-200% över det av pristine titanium substrates). Sedan inga bakterier, som röran direkt till ett RGD-område har identifierats6, den antibacterial effektiviteten för kicken av det multilayer behölls med omkring 80% förminskning i numrera av den fastsittande bakterie- cellsläktingen till det på den pristine titaniumen.

En Annan metod som uppnår ett selektivt biointeractive, ytbehandlar på titaniumen som förhöjer samtidigt bencellen fungerar stunder som minskar bakterie- adhesion, gäller inympa av ett mellanliggande antibacterial polymerlagrar som följs av konjugationen av en tillväxt, dela upp i faktorer. Ett exempel av detta begrepp illustreras in Figurerar 2.

Figurera 2. Titaniumen ytbehandlar inympat med den carboxymethyl chitosanen med konjugerad BMP-2

Titaniumen ytbehandlar functionalizeds först med dopamine7 som servar som ankra för inympa av ett carboxymethyl chitosan (CMCS)lagrar. Detta följs därefter av konjugationen av ben som morphogenetic protein-2 (BMP-2) till CMCS-inympad ytbehandlar8. Bakterier klibbar till den pristine titaniumen ytbehandlar klart som synes från den livsdugliga bakterie- celler befläckte gräsplanen Figurerar in 3a. CMCS-lagrar ger antibacterial rekvisita, och numrera av livsdugliga celler på den CMCS-functionalized titaniumen ytbehandlar (med och utan konjugerad BMP-2) var markant mindre än det på den pristine Tien (Figurera 3b).

Figurera 3. Fluorescencemicroscopy avbildar av (a) pristine Ti, och filtrerar Ti (b) functionalized med CMCS och konjugerad BMP-2, under gräsplan efter immersion i en PBS-upphängning av aureus för S. (106 cells/ml) för 6 H.

Fördriva CMCSEN har inte viktigt att verkställa på osteoblasts som odlas på de ändrade substratesna, den konjugerade BMPEN-2, behöll dess effektivitet, i att främja det osteogenic, fungerar av dessa celler som indikerat av det ökande celltillbehöret (Figurera 4), aktivitet för alkaline phosphatase och calciummineralization. En fördel av functionalized sådan ytbehandlar för in - vivo applikationer är att BMPEN-2 återstod immobilized på substraten ytbehandlar var den är nödvändig och inte är utsläppt. Skulle Detta minimerar riskera av undesirablen verkställer att uppstå från tillväxten dela upp i faktorer på lägedet okända implantatplatsen i förkroppsliga.

Figurera 4. Confocal laser-scanningmicroscopy avbildar av osteoblasts som odlas för 24 H ytbehandlar på, av (a) pristine Ti, och Ti (b) functionalized med CMCS och konjugerad BMP-2.

Vår grupp applicerar för närvarande det samma begreppet för att tilltala en av de nyckel- utmaningarna i benatt läka och regeneration som är att se till adekvat blodtillförsel för att möta de metabolic begärningarna av återställningen. Kärl- endothelial tillväxt dela upp i faktorer (VEGF) immobilized på ett mellanliggande polymerlagrar kan främja överlevnaden och spridningen av endothelial celler och också framkalla differentieringen av mesenchymal stemceller för människan in i endothelial celler9. Verkställer från co-immobilizationen av VEGF, och BMP-2 utforskas för närvarande. Således ytbehandlar applikationen av dessa functionalizationstrategier till implantat kan potentiellt vara mycket användbar för att accelerera vasculaturebildande och nytt bensilkespapperbildande.


Hänvisar till

1. R.O. Darouiche, ”Antimicrobial täcka av apparater för förhindrande av infektion: Principer och skydd”, Landskampen Förar Journal över av Konstgjorda Organ 30, 820-827, 2007.
2. H. Goosens, M. Ferech, R. Vander Stichele, M. Elseviers, ”för Poliklinikpatient antibiotiskt bruk i Europa och anslutning med motstånd: enmedborgare databasstudie”, Lancet 365, 579 - 587, 2005
3. J. Chastre, ”Evolving problem med resistent pathogens”, Klinisk Microbiology och Infektion 14 (Suppl. 3), 3-14, 2008.
4. G. Decher, ”Luddiga nanoassemblies: In Mot i lagra polymeric multicomposites”, Vetenskap 277, 1232, 1997.
5. P. Förar Journal över H. Chua, K.G. Neoh, Z.L. Shi, E.T. Kang, ”den Strukturella stabilitets- och bioapplicabilitybedömningen av hyaluronic syra-chitosanen polyelectrolytemultilayers på titanium substrates”, av BiomedicalMaterial Forskar A 87, 1061-1074, 2008.
6. L.G. Harris, S. Tosatti, M. Wieland, M. Textor, R.G. Richards, ”Staphylococcus - aureus adhesion till den titanium oxiden ytbehandlar täckt med non-functionalized och den poly peptiden-functionalized (L-Lysine) - inympa-poly copolymers (för ethyleneglykol)”, Biomaterials 25, 4135-4148, 2004
7. X. Fläkta L. Lin, J.L. Dalsin, P.B. Messersmith, ”Biomimetic ankrar för ytbehandla-initierad polymerisation från belägger med metall substrates”, Förar Journal över av Kemiskt Samhälle 127, 15843-15847, 2005 för Amerikanen.
8. Z.L. Shi, K.G. Neoh, E.T. Kang, C.K. Poh, W. Wang, ”Ytbehandlar functionalization av titaniumen med den carboxymethyl chitosanen och det immobilized ben morphogenetic protein-2 för förhöjd osseointegration”, Biomacromolecules 10, 1603-1611, 2009
9. C.K Poh, Z.L. Shi, T.Y. Lim, K.G. Neoh, W. Wang, ”Verkställa av VEGF-functionalizationen av titaniumen på endothelial celler in vitro”, Biomaterials 31, 1578-1585, 2010.

Ta Copyrightt på AZoNano.com, Professorn K.G. Neoh (MedborgareUniversitetar av Singapore)

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

Last Update: 14. June 2013 01:59

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