나노튜브 및 셀레늄 또는 은이 포함된 전기화학적으로 변형된 티타늄 표면의 항균 잠재력 및 조골 세포 성장

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 8298(2022) 이 기사 인용

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은, 아연, 구리를 함유한 티타늄 나노튜브 표면은 조골 세포 성장을 감소시키지 않으면서 항균 효과를 나타냈습니다. 이 체외 연구에서 우리는 전기화학적 증착을 통해 이산화티타늄(TiO2) 나노튜브에 셀레늄과 은 화합물을 통합함으로써 표면 변형의 생물학적 평가에 대한 첫 번째 결과를 제시합니다. TiO2-나노튜브(TNT)와 인산염 도핑된 TNT(pTNT)는 양극 산화 처리를 통해 Ti6Al4V 디스크 표면에 성장되었습니다. 수산화인회석(HA), 셀레늄(Se) 및 은(Ag) 화합물은 전기화학 증착에 의해 통합되었습니다. 표피 포도구균(DSM 3269)의 집락 형성 단위는 SepTNT(0.97 ± 0.18 × 106 CFU/mL), SepTNT-HA(1.2 ± 0.39 × 106 CFU/mL), AgpTNT(1.36 ± 0.42 × 106 CFU/mL)에서 크게 감소했습니다. ) 및 Ag2SepTNT(0.999 ± 0.12 × 106 CFU/mL)를 수정되지 않은 대조군(2.2 ± 0.21 × 106 CFU/mL)과 비교했습니다. 세균부착은 형광염색 후 덮힌 면적을 측정하여 계산하였다. 접착력은 SepTNT(37.93 ± 12%, P = 0.004), pTNT(47.3 ± 6.3%, P = 0.04), AgpTNT(24.9 ± 1.8%, P < 0.001) 및 Ag2SepTNT(14.9 ± 4.9%, P < 0.001)에서 더 낮았습니다. ) 수정되지 않은 대조군(73.7 ± 11%)과 비교되었습니다. Crystal Violet 염색을 이용하여 생물막 형성 및 조골세포(MG-63)의 성장을 관찰하였다. 수정되지 않은 대조군(54 ± 8%)에 비해 SepTNT(22 ± 3%, P = 0.02) 및 Ag2SepTNT 디스크(23 ± 11%, P = 0.02)에서 생물막 형성이 감소했습니다. 변형되지 않은 대조군과 비교하여, 변형된 SepTNT-HA 및 pTNT 표면은 조골세포 MG-63 세포로 덮힌 면적이 훨씬 더 높은 것으로 나타났습니다. 주사전자현미경(SEM) 이미지를 통해 박테리아 및 골아세포 성장에 관한 결과가 확인되었습니다. 이러한 발견은 셀레늄과 은을 티타늄 나노튜브와 결합함으로써 잠재적인 시너지 효과를 보여줍니다.

삽입물 주위 관절 감염(PJI)은 여전히 ​​인공 관절 전치환술(TJA) 이후 가장 어려운 합병증 중 하나로 남아 있으며 환자의 이환율과 사망률에 극적인 영향을 미칠 뿐만 아니라 공중 보건 시스템에 사회 경제적 부담을 줍니다1,2,3 ,4,5,6.

항생제 내성이 지속적으로 증가함에 따라 새로운 항균 치료법에 대한 많은 노력이 이루어져 왔습니다7. 이산화티탄(TiO2) 나노튜브(TNT)의 형성은 정형외과 관련 표면에 대한 항균 및 골융합 가능성으로 인해 이미 주목을 받고 있습니다8,9,10. TNT는 박테리아 부착을 억제하여 티타늄 표면의 박테리아를 감소시키는 것으로 제안되었습니다. 이는 TNT11의 관형 구조로 인해 더 높은 친수성과 박테리아 세포의 응집 장애로 인해 달성될 수 있습니다. 또 다른 옵션은 임플란트 표면에 살균 특성이 있는 코팅을 적용하는 것입니다. 은12,13,14,15,16, 아연17 또는 셀레늄18,19,20,21,22과 같은 박테리아 살해 이온의 사용이 조사되었으며 은 코팅 임플란트는 이미 상업적으로 이용 가능합니다. 또한 TNT의 항균 메커니즘과 달리 이들 금속은 이온 방출을 통해 박테리아 세포를 죽입니다10. 이러한 효과는 이러한 금속의 나노입자를 사용하여 증가될 수 있습니다10. 추가적으로, TNT의 사용은 셀레늄21,24에 대해서도 보고될 수 있는 골형성 잠재력을 향상시키는 것으로 나타났습니다. 그러나 은 화합물이 세포독성 효과로 인해 골형성에 부정적인 영향을 미칠 수 있다는 일부 증거가 있습니다. 따라서 일부 후향적 연구에서 고위험 환자의 삽입물 주위 관절 감염이 감소한 것으로 나타났다고 하더라도 현재로서는 일반 관절성형술 환자에게 은이온을 전체적으로 사용하는 것을 뒷받침할 충분한 증거가 없습니다26. Holinka et al.27의 연구에 따르면 셀레늄을 사용할 때 황색포도상구균과 표피포도상구균(S.epidermidis)의 박테리아 세포 성장과 생물막 형성이 감소하는 것으로 나타났습니다. 그러나 나노구조 표면에 셀레늄을 통합하기 위한 도핑/소킹 메커니즘을 사용하면 셀레늄 증착을 덜 제어할 수 있게 됩니다. 수산화인회석(HA)은 시멘트리스 임플란트에 가장 일반적으로 사용되는 첨가제 중 하나입니다. 칼슘-인산염-수산화물 화합물로 구성된 무기 광물은 골유도제의 표준을 나타냅니다.