Phủ bề mặt của implant chỉnh hình để tăng cường sự tích hợp xương và giảm sự thuộc địa của vi khuẩn: một bài tổng quan

Biomaterials Research - 2022
Smriti Bohara1, Jackrit Suthakorn1
1Department of Biomedical Engineering, Center for Biomedical and Robotics Technology (BART LAB), Faculty of Engineering, Mahidol University, Salaya, Thailand

Tóm tắt

Tóm tắt Việc sử dụng các implant chỉnh hình trong công nghệ phẫu thuật đã thúc đẩy việc phục hồi các chức năng sinh lý. Cùng với điều trị thành công, các implant chỉnh hình gặp phải nhiều biến chứng khác nhau và không cung cấp được các chức năng tương ứng với sinh lý tự nhiên. Những vấn đề chính bao gồm tình trạng lỏng lẻo vô trùng và nhiễm trùng do lỏng lẻo tại chỗ xương do tình trạng không liên kết xương và nhiễm trùng tại vị trí implant do sự thuộc địa của vi khuẩn. Những cải tiến quan trọng trong việc lựa chọn vật liệu trong thiết kế và phát triển các ma trận phủ tạo cơ hội cho việc ngăn ngừa tình trạng thất bại của implant. Tuy nhiên, nhiều vật liệu phủ gặp hạn chế trong thử nghiệm in-vitro và ít trong số đó đạt kết quả tốt trong các thử nghiệm lâm sàng. Tỷ lệ thất bại của implant đã tăng cao với tỷ lệ phẫu thuật sửa chữa tăng lên, gây ra sự khó chịu về thể chất và cảm xúc cùng với gánh nặng kinh tế. Để vượt qua các hoạt động gây bệnh quan trọng, một số kỹ thuật phủ hệ thống đã được phát triển, mang lại kết quả xuất sắc trong việc chống nhiễm trùng và tăng cường sự tích hợp xương. Bài báo tổng quan này bao gồm một số ma trận phủ implant phổ biến hơn với kết quả in vitro và in vivo xuất sắc, tập trung vào tỷ lệ nhiễm trùng, nguyên nhân, biến chứng, vật liệu phủ, phản ứng miễn dịch của chủ thể và các khoảng trống nghiên cứu quan trọng. Nghiên cứu này cung cấp một cái nhìn tổng quan toàn diện về công nghệ phủ tiềm năng, với các lớp phủ kết hợp chức năng tập trung vào thực hành lâm sàng cuối cùng với sự cải thiện đáng kể trong các thử nghiệm in vivo. Điều này bao gồm việc phát triển các kỹ thuật phủ hydrogel phát triển nhanh có khả năng tạo ra một số quy trình phủ chính xác và chính xác.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

10.1016/S0195-6701(96)90094-8

10.1016/j.jhin.2012.03.007

10.3109/17453670903506658

American Joint Replacement Registry (AJRR): 2021 Annual Report. Rosemont IL: American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) 2021. https://www.aaos.org/registries/publications/ajrr-annual-report/

Holá V, Ruzicka F, Votava M. The dynamics of staphylococcus epidermis biofilm formation in relation to nutrition, temperature, and time. Scr Med. 2006;79(3):169–174.

10.1177/039139880502801103

10.1371/journal.ppat.1002440

10.1186/s12891-017-1506-4

10.1097/SLE.0000000000000365

10.1056/NEJMcp0905029

10.5301/ijao.5000168

10.2217/fmb.11.117

Kasliwal MK, Tan LA, Traynelis VC. Infection with spinal instrumentation: review of pathogenesis, diagnosis, prevention, and management. Surg Neurol Int. 2013;4(Suppl 5):S392.

10.2147/IJN.S81518

10.1016/j.arth.2012.02.022

10.2106/00004623-200704000-00012

10.1016/j.addr.2017.01.007

10.1002/jor.22933

Albrektsson T, Johansson C. Osteoinduction, osteoconduction and osseointegration. Eur Spine J. 2001;10(2):S96–S101.

10.1007/s11999-009-0945-0

10.1007/s11999-014-4078-8

10.1016/j.arth.2013.12.024

10.1126/science.3629258

10.1097/01.SLA.0000081085.98792.3d

10.2106/JBJS.I.01131

Raphel J Karlsson J Galli S Wennerberg A Lindsay C Haugh MG Pajarinen J Goodman SB Jimbo R Andersson M Heilshorn SC. Engineered protein coatings to improve the osseointegration of dental and orthopaedic implants. Biomaterials. 2016;83:269–82.

10.1056/NEJMra040181

Pajarinen J Jamsen E Konttinen YT Goodman SB. Innate immune reactions in septic and aseptic osteolysis around hip implants. J Long Term Eff Med Implants. 2014;24(4):283–96.

AI C Jiang J Chen S. Biological mechanism of periprosthetic osteolysis after total hip arthroplasty. Chin J Orthop. 2017;12:441–48.

10.2106/00004623-198668060-00014

Goodman SB, Gibon E, Yao Z. The basic science of periprosthetic osteolysis. Instr Course Lect. 2013;62:201.

10.1371/journal.pone.0022507

10.1038/sj.gt.3302202

10.3390/ijms150711878

10.3109/17453678108991776

10.1016/j.biomaterials.2013.01.008

10.1080/21691401.2018.1499662

10.1088/1748-605X/aa89af

Woźniak W, Markuszewski J. Osseointegration of hydroxyapatite coatings doped with silver nanoparticles: scanning electron microscopy studies on a rabbit model. Folia Morphol. 2019;78(1):107–113.

10.2147/IJN.S268372

10.1016/j.jmst.2020.11.041

Zhao H, Li Q, Wang Q, Wang Z. Research progress in surface modification of orthopaedic implants via extracellular matrix components. Zhongguo xiu fu chong jian wai ke za zhi= Zhongguo xiufu chongjian waike zazhi Chinese journal of reparative and reconstructive surgery. 2013;27(11):1390–4. 1:CAS:528:DC%2BC2cXhvVSgs77M

10.1002/jbm.b.33008

10.3389/fbioe.2019.00247

10.2217/nnm-2020-0047

10.1016/j.colsurfb.2018.07.032

10.1016/j.msec.2017.12.014

10.1080/08927014.2017.1303832

10.2147/IJN.S255486

10.1177/2309499017749981

10.1016/j.carbpol.2017.03.009

10.1016/j.msec.2019.04.060

10.1615/CritRevBiomedEng.v28.i34.80

10.1002/(SICI)1097-4636(199708)36:2<265::AID-JBM16>3.0.CO;2-F

10.2174/1874120701509010056

10.1302/0301-620X.83B3.0830441

10.1080/00016470310013851

10.2106/00004623-198668060-00013

10.1097/00003086-198903000-00008

Hench LL. An introduction to bioceramics (Vol.1). World scientific; 1993.

10.1002/jbm.820250805

10.3109/17453679008993521

10.1007/s11999-010-1573-4

Najdanović J Rajković J Najman S. Bioactive biomaterials: Potential for application in bone regenerative medicine. In Biomaterials in Clinical Practice. Cham: Springer. 2018. pp. 333–60.

10.1021/acsami.5b00331

Yang J Zhang K Que K Hou S Chen Z Li Y Wang Y Song Y Guan B Zhang W Zhu D. Surface modification of titanium with hydroxyapatite layer induced by phase-transited lysozyme coating. Mater Sci Eng C. 2018;92:206–15.

10.1039/C8BM00716K

10.2147/IJN.S159989

10.1016/j.actbio.2018.06.023

10.2217/rme.14.75

10.1002/1097-4636(20000915)51:4<752::AID-JBM25>3.0.CO;2-7

10.1002/jbm.a.30783

10.1016/j.biomaterials.2006.06.034

10.1016/0006-3002(62)90821-1

10.1146/annurev.cellbio.12.1.697

10.1016/S0142-9612(99)00161-1

10.1089/ten.2005.11.1867

10.1016/j.orthres.2004.02.011

10.1001/jama.1938.02790530018007

10.1016/j.biomaterials.2005.10.003

10.1556/1646.9.2017.1.04

10.1111/j.1600-0501.2010.02046.x

Stendig-Lindberg G, Tepper R, Leichter I. Trabecular bone density in a two year controlled trial of peroral magnesium in osteoporosis. Magnes Res. 1993;6(2):155–163. 1:STN:280:DyaK2c7gtVSlug%3D%3D

Dimai HP, Porta S, Wirnsberger G, Lindschinger M, Pamperl I, Dobnig H, Wilders-T M, Lau W. Daily Oral Magnesium Supplementation Suppresses Bone Turnover in Young Adult Males1. J Clin Endocrinol Metab. 1998;83(8):2742–2748. 1:CAS:528:DyaK1cXltlWmsLo%3D

10.1016/j.biomaterials.2014.04.044

10.1038/srep40755

10.1038/nm.4162

10.1016/j.biortech.2007.01.051

10.4315/0362-028X-66.8.1495

10.1163/156856203766652048

Sarmento B das Neves J editors. Chitosan-based systems for biopharmaceuticals: delivery targeting and polymer therapeutics. Wiley; 2012.

10.1046/j.1444-2906.2002.00404.x

10.1371/journal.pone.0189537

10.1097/ID.0b013e3180312011

10.1039/C5RA07540H

10.1007/s00253-012-4144-7

10.1002/jbm.820260807

10.1002/jor.23238

10.1093/jac/dkv437

10.1007/s10856-019-6356-1

10.1007/s10195-017-0442-2

10.1007/s00264-013-2237-2

Aguilera-Correa JJ Garcia-Casas A Mediero A Romera D Mulero F Cuevas-López I Jiménez-Morales A Esteban J. A new antibiotic-loaded sol-gel can prevent bacterial prosthetic joint infection: From in vitro studies to an in vivo model. Front Microbiol. 2020;10:2935.

10.3390/microorganisms8040571

10.1098/rsos.172310

10.3390/ma13061415

Jahoda D, Nyc O, Pokorný D, Landor I, Sosna A. Antibiotic treatment for prevention of infectious complications in joint replacement. Acta Chir Orthop Traumatol Cech. 2006;73(2):108–114. 1:STN:280:DC%2BD28zgs12ntw%3D%3D

10.1007/s10195-015-0352-0

10.1097/BRS.0000000000000465

10.1080/00016470310018135

10.1016/j.biomaterials.2011.02.013

10.1016/j.chembiol.2005.06.013

Zhang L, Yan J, Yin Z, Tang C, Guo Y, Li D, Wei B, Xu Y, Gu Q, Wang L. Electrospun vancomycin-loaded coating on titanium implants for the prevention of implant-associated infections. Int J Nanomedicine. 2014;9:3027–3036. 1:CAS:528:DC%2BC2cXhvFyksbjI

10.2106/JBJS.K.00886

10.5582/bst.2017.01061

10.1016/j.biomaterials.2006.04.035

10.1016/j.jconrel.2004.06.011

10.1016/S0142-9612(96)00190-1

10.1002/jbm.820260807

10.1016/j.bmcl.2007.03.005

10.1016/S0142-9612(02)00364-2

10.1016/j.biomaterials.2004.06.008

10.1007/s10439-021-02814-y

10.1007/s11999-014-3558-1

Malizos K Capuano N Mezzoprete R D'Arienzo M Van Der Straeten C Drago L Romanò C. Antibiotic-Loaded Hydrogel Coating to Prevent Early Post-Surgical Infection After Joint Arthroplasty: Results from A Multicentre European Trial. In Orthopaedic Proceedings. The British Editorial Society of Bone & Joint Surgery. 2016. Vol. 98 No. SUPP_23. pp. 80.

10.1177/0885328216630912

10.22203/eCM.v029a04

10.1016/j.jconrel.2015.04.022

10.1002/jbm.a.32669

10.1016/j.actbio.2010.07.030

10.1128/AAC.02934-15

10.1002/1097-4636(20001215)52:4<662::AID-JBM10>3.0.CO;2-3

10.1001/archinte.160.21.3294

10.1007/s00520-005-0812-9

10.1128/jb.152.1.7-13.1982

Schreurs WJ Rosenberg H. Effect of silver ions on transport and retention of phosphate by Escherichia coli. J Bacteriol. 1982;152(1):7–13.

10.1186/1475-925X-5-22

10.1016/j.jocn.2007.03.010

10.1177/0885328205052974

10.1111/cid.12742

10.1016/S0079-6816(03)00035-2

10.1100/2012/646417

10.1359/JBMR.041226

Hamilton DF Howie CR Burnett R Simpson AH Patton JT. Dealing with the predicted increase in demand for revision total knee arthroplasty: challenges risks and opportunities. Bone Joint J. 2015;97(6):723–8.

10.1002/jbm.a.34127

10.1007/s12666-017-1122-x

10.1016/j.surfcoat.2019.05.088

10.1002/jor.20815

10.1080/21870764.2019.1669861

10.1016/j.colsurfb.2007.06.019

10.1115/1.1828070

10.1002/jbm.820290314

10.1242/jcs.110.23.2905

Clark P, Connolly P, Curtis A, Dow J, Wilkinson C. Topographical control of cell behaviour: II. Multiple grooved substrata Development. 1990;108(4):635–644. 1:STN:280:DyaK3czltlWrtw%3D%3D

10.1016/S0142-9612(97)00144-0

10.1016/S0956-5663(01)00281-0

10.1002/jbm.a.36829

10.1007/s10856-013-4935-0

10.1016/j.dental.2016.11.012

Thông tin
Thông tin xuất bản

Biomaterials Research

Thông tin tác giả