Антимикробный потенциал и рост остеобластических клеток на электрохимически модифицированных титановых поверхностях с нанотрубками и включением селена или серебра

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 8298 (2022) Цитировать эту статью

839 Доступов

2 цитаты

Подробности о метриках

Поверхности титановых нанотрубок, содержащие серебро, цинк и медь, продемонстрировали антимикробное действие без снижения роста остеобластных клеток. В этом исследовании in vitro мы представляем первые результаты биологической оценки модификаций поверхности путем включения соединений селена и серебра в нанотрубки диоксида титана (TiO2) путем электрохимического осаждения. Нанотрубки TiO2 (TNT) и тротил, легированный фосфатом (pTNT), были выращены на поверхности дисков Ti6Al4V методом анодирования. Соединения гидроксиапатита (HA), селена (Se) и серебра (Ag) вводились электрохимическим осаждением. Колониеобразующие единицы Staphylococcus epidermidis (DSM 3269) были значительно снижены в SepTNT (0,97 ± 0,18 × 106 КОЕ/мл), SepTNT-HA (1,2 ± 0,39 × 106 КОЕ/мл), AgpTNT (1,36 ± 0,42 × 106 КОЕ/мл). ) и Ag2SepTNT (0,999 ± 0,12 × 106 КОЕ/мл) по сравнению с немодифицированным контролем (2,2 ± 0,21 × 106 КОЕ/мл). Бактериальную адгезию рассчитывали путем измерения покрытой площади после флуоресцентного окрашивания. Адгезия была ниже у SepTNT (37,93 ± 12%; P = 0,004), pTNT (47,3 ± 6,3%, P = 0,04), AgpTNT (24,9 ± 1,8%; P < 0,001) и Ag2SepTNT (14,9 ± 4,9%; P < 0,001). ) по сравнению с немодифицированным контролем (73,7 ± 11%). Образование биопленки и рост остеобластических клеток (MG-63) наблюдали с помощью окрашивания кристаллическим фиолетовым. Образование биопленок было снижено на дисках SepTNT (22 ± 3%, P = 0,02) и Ag2SepTNT (23 ± 11%, P = 0,02) по сравнению с немодифицированным контролем (54 ± 8%). По сравнению с немодифицированным контролем модифицированные поверхности SepTNT-HA и pTNT показали значительно более высокую площадь, покрытую остеобластическими клетками MG-63. Изображения, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), подтвердили данные о росте бактериальных и остеобластных клеток. Эти результаты показывают потенциальный синергетический эффект от сочетания селена и серебра с титановыми нанотрубками.

Перипротезная инфекция суставов (ПИИ) по-прежнему остается одним из наиболее сложных осложнений после тотального эндопротезирования суставов (ПСИ), оказывая существенное влияние на заболеваемость и смертность пациентов, а также являясь социально-экономическим бременем для системы общественного здравоохранения1,2,3 ,4,5,6.

В связи с продолжающимся ростом устойчивости к антибиотикам было предпринято много усилий для разработки новых подходов к противомикробной терапии7. Образование нанотрубок диоксида титана (TiO2) (ТНТ) уже привлекло внимание из-за их антибактериального и остеоинтегративного потенциала на ортопедических поверхностях8,9,10. Было высказано предположение, что тротил уменьшает количество бактерий на титановых поверхностях за счет ингибирования бактериальной адгезии. Этого можно достичь за счет более высокой гидрофильности и нарушения агломерации бактериальных клеток за счет трубчатой ​​структуры TNT11. Другой вариант – нанесение на поверхность имплантата покрытия с бактерицидными свойствами. Использование ионов, убивающих бактерии, таких как серебро12,13,14,15,16, цинк17 или селен18,19,20,21,22, было исследовано, и имплантаты с серебряным покрытием уже коммерчески доступны. Более того, в отличие от антибактериального механизма ТНТ, эти металлы убивают бактериальные клетки путем высвобождения ионов10. Этот эффект можно усилить, используя наночастицы этих металлов10. Кроме того, было показано, что использование тротила повышает остеогенный потенциал23, что также можно сказать и о селене21,24. Однако есть некоторые доказательства того, что соединения серебра могут отрицательно влиять на остеогенез из-за цитотоксических эффектов25. Таким образом, даже если некоторые ретроспективные исследования могут показать снижение ППИ у пациентов с высоким риском, на данный момент недостаточно доказательств в поддержку глобального использования ионов серебра у пациентов, регулярно подвергающихся артропластике26. Исследование Холинки и др.27 выявило снижение роста бактериальных клеток и образование биопленок Staphylococcus aureus и Staphylococcus epidermidis (S. epidermidis) при использовании селена. Однако использование механизмов легирования/вымачивания для включения селена на наноструктурированную поверхность делает осаждение селена менее контролируемым. Гидроксиапатит (ГА) – одна из наиболее часто используемых добавок в бесцементных имплантатах. Неорганический минерал, состоящий из соединения фосфата и гидроксида кальция, представляет собой золотой стандарт для остеоиндуктивных агентов.