ナノチューブとセレンまたは銀の組み込みにより電気化学的に修飾されたチタン表面における抗菌力と骨芽細胞の増殖

Scientific Reports volume 12、記事番号: 8298 (2022) この記事を引用

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銀、亜鉛、銅を含むチタンナノチューブの表面は、骨芽細胞の増殖を低下させることなく抗菌効果を示しました。 この in vitro 研究では、電気化学的堆積によってセレンと銀の化合物を二酸化チタン (TiO2) ナノチューブに組み込むことによる表面修飾の生物学的評価に関する最初の結果を紹介します。 TiO2 ナノチューブ (TNT) およびリン酸ドープ TNT (pTNT) は、陽極酸化によって Ti6Al4V ディスクの表面上に成長しました。 ヒドロキシアパタイト (HA)、セレン (Se)、および銀 (Ag) 化合物が電気化学堆積によって組み込まれました。 表皮ブドウ球菌 (DSM 3269) のコロニー形成単位は、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) で有意に減少しました。 ) および Ag2SepTNT (0.999 ± 0.12 × 106 CFU/mL) を非改変対照 (2.2 ± 0.21 × 106 CFU/mL) と比較しました。 細菌の付着は、蛍光染色後の覆われた領域を測定することによって計算されました。 接着力は、SepTNT (37.93 ± 12%; P = 0.004)、pTNT (47.3 ± 6.3%、P = 0.04)、AgpTNT (24.9 ± 1.8%; P < 0.001)、および Ag2SepTNT (14.9 ± 4.9%; P < 0.001) で低かった。 ）非改変対照（73.7±11％）と比較した。 クリスタルバイオレット染色を使用して、バイオフィルムの形成と骨芽細胞（MG-63）の増殖を観察しました。 バイオフィルム形成は、非改変対照 (54 ± 8%) と比較して、SepTNT (22 ± 3%、P = 0.02) および Ag2SepTNT ディスク (23 ± 11%、P = 0.02) で減少しました。 非修飾対照と比較して、修飾 SepTNT-HA および pTNT 表面は、骨芽細胞 MG-63 細胞で著しく高い被覆面積を示しました。 走査型電子顕微鏡 (SEM) 画像により、細菌細胞と骨芽細胞の増殖に関する所見が確認されました。 これらの発見は、セレンおよび銀とチタンナノチューブを組み合わせることで潜在的な相乗効果が得られることを示しています。

人工関節周囲感染症（PJI）は依然として全関節形成術（TJA）後の最も困難な合併症の 1 つであり、患者の罹患率と死亡率に劇的な影響を与えるだけでなく、公衆衛生システムに対する社会経済的負担にもなっています1、2、3。 、4、5、6。

抗生物質耐性の増加が続いているため、新しい抗菌治療アプローチのために多くの努力がなされてきました7。 二酸化チタン (TiO2) ナノチューブ (TNT) の形成は、整形外科関連表面における抗菌性と骨結合性の可能性により、すでに注目を集めています 8、9、10。 TNT は細菌の付着を阻害することでチタン表面の細菌を減らすことが提案されています。 これは、TNT11 の管状構造による高い親水性と細菌細胞の凝集の低下により実現できます。 別のオプションは、インプラント表面に殺菌特性を持つコーティングを適用することです。 銀12、13、14、15、16、亜鉛17、セレン18、19、20、21、22などの細菌を殺すイオンの使用が研究されており、銀でコーティングされたインプラントはすでに市販されています。 さらに、TNT の抗菌メカニズムとは異なり、これらの金属はイオン放出によって細菌細胞を殺します10。 この効果は、これらの金属のナノ粒子を使用することで高めることができます10。 さらに、TNT の使用は骨形成能を高めることが示されています 23。これはセレンについても報告されている可能性があります 21,24。 しかし、銀化合物が細胞毒性効果により骨形成に悪影響を与える可能性があるという証拠がいくつかあります25。 したがって、たとえ一部の後ろ向き研究で高リスク患者の PJI の減少が示されたとしても、現時点では通常の関節形成術患者に対する世界的な銀イオンの使用を裏付ける十分な証拠はありません 26。 Holinka et al.27 による研究では、セレンを使用すると、黄色ブドウ球菌および表皮ブドウ球菌 (表皮ブドウ球菌) の細菌細胞の増殖とバイオフィルム形成が減少することが明らかになりました。 しかし、ドーピング/浸漬機構を使用してナノ構造表面にセレンを組み込むと、セレンの堆積の制御が難しくなります。 ヒドロキシアパタイト (HA) は、セメントレス インプラントで最も一般的に使用される添加剤の 1 つです。 リン酸カルシウム水酸化物化合物からなる無機ミネラルは、骨誘導剤の代表的なものです。