隨著外傷性骨折和退行性骨和關(guān)節(jié)疾病的日益流行，骨科植入物的使用也相應(yīng)增加。鈦(Ti)基金屬因其優(yōu)異的機械性能、生物相容性和耐腐蝕性而成為骨科植入物的主流選擇。不幸的是，鈦基植入物良好的生物相容性同時導(dǎo)致細菌粘連升高。種植體表面抗菌修飾是預(yù)防種植體周圍感染的一種非常有效的策略。

然而，單一抗生素的療效受其廣譜抗菌活性的限制。在這種情況下，利用銀納米顆粒(AgNPs)是一種很有前途的替代解決方案，因為它們具有廣譜抗菌活性和有效的抗生物膜特性。然而，由于細菌膜通透性低，AgNPs在種植體周圍感染中的應(yīng)用受到阻礙。過量的銀納米顆粒使用反過來會導(dǎo)致意想不到的細胞毒性。因此，如何提高銀納米粒子在抗感染治療中的安全性和特異性是一個亟待解決的關(guān)鍵問題。

雖然目前鈦基種植體表面涂層在組織相容性和抗菌性能方面取得了一定進展，但仍缺乏一種同時緩解種植體周圍炎癥和促進骨整合的良好策略，這一缺陷使得鈦基植入物在植入后的早期階段難以達到足夠的穩(wěn)定性。當細菌侵入人體時，免疫系統(tǒng)被觸發(fā)，從而啟動一系列的炎癥反應(yīng)來根除感染。過度炎癥反應(yīng)會嚴重破壞種植體周圍的內(nèi)穩(wěn)態(tài)平衡，導(dǎo)致種植體失敗和骨整合不良。種植體-骨界面骨整合是一個復(fù)雜且高度協(xié)調(diào)的過程，涉及免疫微環(huán)境和骨穩(wěn)態(tài)。因此，及時調(diào)節(jié)過度激活的免疫微環(huán)境對于防止種植體失敗至關(guān)重要。

巨噬細胞是人體內(nèi)最豐富的免疫細胞，是抵御細菌病原體的主要防御手段，也是消除炎癥過程的關(guān)鍵因素。槲皮素(Que)是一種從植物中提取的類黃酮，因其對氧化應(yīng)激、癌癥、神經(jīng)損傷、炎癥、心血管疾病和肥胖等多種疾病的顯著藥理作用而被廣泛研究。Que在減少小膠質(zhì)細胞中炎癥細胞因子的表達和活性氧(ROS)的產(chǎn)生以及減輕神經(jīng)炎癥方面的功效已被證實。

此外，Que可以通過調(diào)節(jié)巨噬細胞誘導(dǎo)的c型凝集素(Mincle)/脾酪氨酸激酶(Syk)/核因子κB (NF-κB)信號通路，影響M1和M2巨噬細胞的極化方向，從而避免急性腎損傷。值得注意的是，Que還通過抑制細胞壁合成、核酸合成和生物膜形成而表現(xiàn)出廣譜抗菌活性。盡管與抗生素相比，Que的效力較低，但其毒性較低，副作用較少，誘導(dǎo)細菌耐藥的可能性較低。而聚多巴胺(PDA)由于其強大的普遍附著力和高功能通用性，近年來被廣泛應(yīng)用于材料表面的修飾。

圖片來源：https:///10.1016/j.bioactmat.2024.09.012

近日，來自中國科技大學(xué)第一附屬醫(yī)院的研究者們在Bioact Mater雜志上發(fā)表了題為“Silver-quercetin-loaded honeycomb-like Ti-based interface combats infection-triggered excessive inflammation via specific bactericidal and macrophage reprogramming”的文章，該研究表明槲皮素對巨噬細胞極化穩(wěn)態(tài)發(fā)揮積極的調(diào)節(jié)作用，負載銀納米顆粒和槲皮素的基于pda的表面涂層是一種很有前途的預(yù)防種植體周圍感染和過度炎癥反應(yīng)的新策略。

細菌感染引起的過度炎癥是種植體失敗的主要原因?？股刂委熗荒茴A(yù)防種植體周圍感染，并可能引起意想不到的耐藥性。在這項研究中，研究者在多孔鈦的三維框架上開發(fā)了一種新型的基于pda的表面涂層，該涂層集成了AgNPs和Que，標記為SQPdFT。該涂層具有良好的生物安全性和生物相容性。三維結(jié)構(gòu)表面可以進一步增加種植體與新骨的接觸面積，從而通過物理手段增強種植體在髓腔內(nèi)的穩(wěn)定性。

SQPdFT的設(shè)計、合成和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用示意圖

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pda基涂層提高了鈦棒的生物安全性和生物相容性。一旦浮游細菌(如大腸桿菌、金黃色葡萄球菌)到達SQPdFT表面，釋放的Que就會破壞細菌膜。然后，AgNP可以穿透入侵的細菌并殺死它們，從而進一步抑制生物膜的形成。同時，釋放的Que可通過過氧化物酶體增殖物激活受體γ (PPARγ)介導(dǎo)的核因子κ b (NF-κ b)途徑調(diào)節(jié)巨噬細胞極化穩(wěn)態(tài)，從而終止過度炎癥反應(yīng)。這些優(yōu)勢促進了骨髓間充質(zhì)干細胞(BMSCs)的粘附和成骨分化，同時抑制破骨細胞的成熟，并最終賦予髓腔內(nèi)SQPdFT優(yōu)越的機械穩(wěn)定性。

Que通過PPARγ/NF-κB通路調(diào)控巨噬細胞極化的分子機制示意圖

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綜上所述，本研究介紹了一種方便的有機-無機雜交策略，用于制備SQPdFT整合AgNPs和Que，通過重編程巨噬細胞命運來增強特異性銀殺菌和過度炎癥反應(yīng)。該研究提出的基于sqpdft的非抗生素策略和巨噬細胞重編程策略建立了對抗種植體周圍感染的可選范例。(生物谷 Bioon.com）

參考文獻：

Ning Yang et al. Silver-quercetin-loaded honeycomb-like Ti-based interface combats infection-triggered excessive inflammation via specific bactericidal and macrophage reprogramming. Bioact Mater. 2024 Sep 17:43:48-66. doi: 10.1016/j.bioactmat.2024.09.012.