Bioinspired nano-painting on orthopedic implants orchestrates periprosthetic anti-infection and osseointegration in a rat model of arthroplasty

假体周围 骨整合 植入 骨科手术 牙科 关节置换术 生物医学工程 医学 材料科学 外科
作者
Shengchang Zhang,Qihao Chai,Zhentao Man,Chunwei Tang,Ziyang Li,Jing Zhang,Hailun Xu,Xianxing Xu,Chen Chen,Ying Liu,Feiyue Guo,Mohnad Abdalla,Gongchang Yu,Kun Zhao,Bin Shi,Wei Li,Xinyi Jiang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:435: 134848-134848 被引量:26
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.134848
摘要

Periprosthetic joint infection (PJI) is the most serious and catastrophic complication after artificial arthroplasty. The bacteria-mediated immunosuppressive microenvironment adversely affects the osseointegration of orthopedic implants, which can lead to implant malfunction even failure. Herein we developed a PJI self-sensitive bioinspired nano-painting on the orthopedic implant for combating the bacterial infection and promoting osseointegration. The house-made CaO2 nanoparticles were first polyphenol-functionalized with tannic acid (TA) and deposited on titanium implant by interfacial molecular interactions of mussel-bioinspired adhesion, and then interparticle-locked in a Cu2+ ion-facilitated metal-phenolic network. Once infection occurred, the bioinspired nano-painting on the implant rapidly disassembled upon the triggering of the acidic niche that induced by the bacterial metabolism. The CaO2-initiated O2 release relieved the hypoxia in the infected microenvironment, and induced pro-inflammatory polarization of locoregional macrophages through synergizing with Cu2+ ions. Our data demonstrated that the bioinspired nano-painting significantly prevented periprosthetic joint infection and promoted the peri-implant osteogenesis through aborting the immunosuppressive milieu in an arthroplasty rat model. The bioinspired nano-painting technology may therefore provide a practical approach for orchestrating the prevention of periprosthetic joint infection and the osseointegration for patients that undergo artificial arthroplasty.
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