Bioheterojunction‐Engineered Polyetheretherketone Implants With Diabetic Infectious Micromilieu Twin‐Engine Powered Disinfection for Boosted Osteogenicity

骨整合 葡萄糖氧化酶 生物膜 生物医学工程 体内 纳米技术 材料科学 植入 化学 外科 医学 生物化学 生物 生物技术 细菌 生物传感器 遗传学
作者
Bin Li,Rui Shu,Wenyu Dai,Fan Yang,Hui Xu,Xiuyuan Shi,Yunfei Li,Ding Bai,Weizhong Yang,Yi Deng
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:18 (45) 被引量:18
标识
DOI:10.1002/smll.202203619
摘要

Diabetic infectious micromilieu (DIM) leads to a critical failure rate of osseointegration by virtue of two main peculiarities: high levels of topical glucose and inevitable infection. To tackle the daunting issue, a bioheterojunction-engineered orthopedic polyetheretherketone (PEEK) implant consisting of copper sulfide/graphene oxide (CuS/GO) bioheterojunctions (bioHJs) and glucose oxidase (GOx) is conceived and developed for DIM enhanced disinfection and boosted osseointegration. Under hyperglycemic micromilieu, GOx can convert surrounding glucose into hydrogen peroxide (H2 O2 ). Then, upon infectious micromilieu, the bioHJs enable the catalyzation of H2 O2 to highly germicidal hydroxyl radical (·OH). As a result, the engineered implants massacre pathogenic bacteria through DIM twin-engine powered photo-chemodynamic therapy in vitro and in vivo. In addition, the engineered implants considerably facilitate cell viability and osteogenic activity of osteoblasts under a hyperglycemic microenvironment via synergistic induction of copper ions (Cu2+ ) and GO. In vivo studies using bone defect models of diabetic rats at 4 and 8 weeks further authenticate that bioHJ-engineering PEEK implants substantially elevate their osseointegration through biofilm elimination and vascularization, as well as macrophage reprogramming. Altogether, the present study puts forward a tactic that arms orthopedic implants with DIM twin-engine powered antibacterial and formidable osteogenic capacities for diabetic stalled osseointegration.
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