Bio‐Inspired Self‐Renewing Implant Surfaces With Sequential Biofunctional Adaptation for Infectious Diabetic Tissue Repair

材料科学 生物相容性 纳米技术 表面改性 再生医学 生物医学工程 组织工程 涂层 伤口愈合 化学工程 化学 外科 医学 细胞 冶金 工程类 生物化学
作者
Bin Cui,Min Wen,Zhe Cai,Yunhui Si,Liu Fei,Yufeng Zheng,Chao Zhang,Zhaojun Jia
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (13) 被引量:23
标识
DOI:10.1002/adfm.202418092
摘要

Abstract The clinical success of bioinert, tissue‐interfacing metallic implants is greatly jeopardized by complications such as infections, inflammation, and poor regeneration or biointegration, especially concerning diabetics. Implants featuring self‐renewable surfaces that sequentially dictate antibacterial/anti‐inflammatory, immunomodulatory, and pro‐healing/‐regenerative functionalities represent an emerging solution. Herein, fusing triple marine bioinspirations, namely the multilayered interlocked interfaces of mollusk shells, the adhesive/reactive chemistries of mussels, and the self‐renewing, release‐active mucus layers of corals, a self‐adaptive interfacial engineering strategy that imparts self‐renovating surfaces and temporally‐activatable biofunctionalities to various inert biometallic devices is presented. Specifically, sandwich‐like multilayered coatings are in situ constructed, comprising a substrate‐derived micro/nanostructured prelayer, a mussel‐inspired bioadhesive interlayer, and a polyphenol–antibiotic dynamically‐crosslinked therapeutic gel toplayer. The dynamic bonds within the gel allowed pH/reactive oxygen species‐responsive surface degradation, localized release of multifunctional therapeutics, and conditional exposure of cell‐supportive chemical moieties and micro/nanotopographies. Systematic in‐vitro, in‐ovo, and in‐vivo (spanning osseous, subcutaneous, and wound‐closure implantations) studies demonstrated that the functionalized bone implants or wound closure staples possessed adaptive biocompatibility (cyto‐/hemo/‐tissue‐compatibility) and biofunctionalities to combat device‐associated infections and spur diabetic tissue repair. This study underscores the potential of self‐adaptive coating strategies for orchestrating complex (even contradictory) biological functions in addressing challenging medical conditions that require implant intervention.
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