如何给“钢板钢钉”穿上防感染的“隔离衣”?| 广济一周

2021
09/07

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浙大二院
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近日

浙大二院骨科团队

在国际高影响力期刊上

连续发表4篇高质量研究论文

这4篇学术论文

依托于国家重点研发计划

围绕于

医用材料表面高效骨诱导

强效抗感染涂层制备及相关机制

这个主题展开。

 

01

具备协同光催化抗菌和骨整合性能的无骨生物活性制剂策略

光热治疗是近些年兴起的抗菌策略,但其造成的局部高温往往容易造成组织破坏从而影响骨整合,而如生长因子等生物制剂的活性又容易受高温条件的影响。


因此,课题组在钛基种植体表面将硫化铜纳米粒子(CuS NP)和还原氧化石墨烯(rGO)进行自组装,使其具有光催化抗菌与促成骨形成的协同作用(图1)。研究结果表明该涂层不仅可以在近红外光照射下产生光热效应以杀死细菌,而且也能通过铜离子与rGO的协同作用以促进血管化骨整合。体内外实验结果表明,耦合CuS和rGO后可使得该植入物的抗菌效果提高40倍,并可在近红外光照射下成功破坏细菌的生物膜。此外,CuS/rGO修饰的表面能显著改善骨髓基质细胞粘附、增殖及向成骨细胞的分化。不仅如此,研究还发现种植体周围血管化的增强与材料铜离子的持续释放有关,且与rGO协同促进血管化骨整合。该研究成果以题为“An orthobiologics-free strategy for synergistic photocatalytic antibacterial and osseointegration”发表在Biomaterials杂志上(DOI: 10.1016/j.biomaterials.2021.120853)。

读人
章增杰


02

构筑可稳定载碘的有机金属框架涂层预防内植入物感染

含碘消毒剂是临床经典的外用消毒剂。然而由于其容易挥发的特性和较差的水溶性,碘在生物材料领域的应用长期受限。


课题组研究人员利用沸石型咪唑啉骨架-8(ZIF-8)对于碘强大的吸附结合能力,成功地开发出了能够耐受高温并可控发挥碘本身抑菌特点的功能性涂层,即通过电化学及水热反应的方法在钛合金材料基底表面稳定构建出ZIF-8涂层,并利用气相沉积的手段实现碘的装载。


体内外实验表明,该涂层不仅能在细菌侵袭的弱酸性微环境中自发提高碘的释放量,还能在近红外(NIR)刺激下,实现表面涂层的加速降解,“触发性”的释放碘,从而大幅度提升材料的抗菌效果。该策略为解决碘涂层改性稳定性差的问题展示了新的思路和方向,为其在生物材料邻域进一步的开发与应用提供了可能。


研究结果以题为“Iodine Immobilized Metal-Organic Framework for NIR-Triggered Antibacterial Therapy on Orthopedic Implants”的文章形式发表于今年的《SMALL》杂志上,并被推选作为该期杂志的内封面(Inside Front Cover)文章

读人

滕王锶源

03

适用于骨科植入物多重感染的全生命周期三步曲抗菌策略

研究人员通过构筑多功能复合涂层系统,实现骨科植入物多重感染的全生命周期三步曲抗菌策略。


通过模拟临床上多种感染情况下的动物模型,如骨髓炎模型,膝关节炎模型,假体感染翻修模型等,验证该系统在植入体内后的早期,中期和后期发挥持续抗菌效应的作用机制。此外,研究者还发现该系统不仅能在假体植入后的全生命周期内有效对抗感染,而且能够显著地促进宿主骨-植入物界面的骨整合。最后,课题组成功将这种方法转化到目前临床上常用的骨科植入物上(如接骨板和椎弓根螺钉),表明该技术的临床转化价值。这为假体植入后在不同阶段进行感染治疗提供了一种新颖的抗菌和骨整合的方法,而且该方法可能适用于骨科,口腔种植体等多种医疗设备领域,具有广泛的临床转化应用前景


研究结果最终以题为“A trilogy antimicrobial strategy for multiple infections of orthopedic implants throughout their life cycle”的文章发表于Bioactive materials杂志(DOI: 10.1016/j.bioactmat.2020.11.030)。

读人
王翊凯


04

生物陶瓷载锌缓释体系多维度诱导骨再生策略

载锌生物陶瓷材料已被证实有较强的促成骨活性: 多项研究发现载锌生物陶瓷材料可通过持续缓释锌离子,诱导骨组织愈合,然而其中的机制尚不清楚。


近年来,骨折周围局部免疫微环境在组织工程材料进行骨修复中所发挥关键的作用被逐渐引起重视。而锌离子对骨折端免疫微环境的调控作用及其机制鲜有文献报道。基于此,课题组构建了载锌/β磷酸三钙/L-聚乳酸(Zn/β-TCP/PLLA)缓释支架进行骨修复,并探究其成骨效应及机制。发现锌离子本身可直接诱导干细胞进行成骨分化。与此同时,锌离子可通过PI3K/Akt途径促进巨噬细胞M2极化,调控局部免疫微环境,进而为干细胞的成骨分化提供有利条件。进一步地,课题组发现载锌陶瓷材料的直接促成骨作用及骨诱导免疫调控作用二者在骨组织修复中具有协同效应。本课题深入挖掘了载锌支架材料的复合成骨机制,为后续载锌骨组织工程材料的设计及其体内应用提供基础。


该项研究最终以题为“Sustained zinc release in cooperation with CaP scaffold promoted bone regeneration via directing stem cell fate and triggering a pro-healing immune stimuli”发表在Journal of Nanobiotechnology杂志上(DOI: 10.1186/s12951-021-00956-8)。

读人
黄鑫      

第 68  期

责编 | 朱俊俊

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关键词:
隔离衣,锌离子,课题组,植入物,种植体,机制,骨科

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