Bone Implants with Promoted Antibacterial and Osteointegration Performances via a One‐Step Surface‐Bioactivation Strategy Based on Polyphenol‐Amine Chemistry

骨整合 材料科学 生物医学工程 表面改性 间充质干细胞 体内 纳米技术 化学 细胞生物学 植入 生物 生物技术 医学 物理化学 外科
作者
Chi Xu,Meizhou Sun,Shuai Lv,Xuanzhi Liu,Nana Zhao,Yang Li,Shun Duan,Fu‐Jian Xu,Wei Geng,Yujie Sun
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202423639
摘要

Abstract Implant‐associated infections are the most critical threat to orthopedic surgeries. Various surface‐modification strategies are developed to impart antibacterial properties and osteogenesis‐promoting abilities to the surfaces of implants. Nevertheless, a straightforward strategy for constructing a functional, stable, bioactive implant surface remains challenging. Here, a facile one‐step surface‐bioactivation method is developed that enhances both the anti‐infection capabilities and osteointegration performance of implants. This approach utilized a kind of coating that integrates antibacterial agents and osteogenesis‐promoting components directly onto the surface of titanium implants. The cationic antibacterial agent and the bone‐adhesion‐enhancing peptide are covalently attached via a Michael reaction to poly (tannic acid) (PTA) to create dual‐functional implants (Ti‐PR). The Ti‐PR surface effectively eliminated more than 99% of the common pathogenic bacteria and significantly enhanced the osteogenic differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) in vitro. The cell‐bacteria competitive culture assay on the Ti‐PR surface confirms its bactericidal and cell proliferation‐promoting properties. Additionally, RNA‐Seq analysis indicated that PI3K/Akt pathways played a crucial role in enhancing osteogenic differentiation of BMSCs. The superior anti‐infection and osteogenesis performances are confirmed in an implant‐related bone infection model in vivo. This study provided an efficient one‐step strategy for the design and production of innovative multifunctional implants.
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