Bioact Mater：负载银纳米颗粒和槲皮素的基于聚多巴胺的表面涂层是一种很有前途的用于骨科置换手术钛基植入物的保护涂层

随着外伤性骨折和退行性骨和关节疾病的日益流行，骨科植入物的使用也相应增加。钛(Ti)基金属因其优异的机械性能、生物相容性和耐腐蚀性而成为骨科植入物的主流选择。不幸的是，钛基植入物良好的生物相容性同时导致细菌粘连升高。种植体表面抗菌修饰是预防种植体周围感染的一种非常有效的策略。

然而，单一抗生素的疗效受其广谱抗菌活性的限制。在这种情况下，利用银纳米颗粒(AgNPs)是一种很有前途的替代解决方案，因为它们具有广谱抗菌活性和有效的抗生物膜特性。然而，由于细菌膜通透性低，AgNPs在种植体周围感染中的应用受到阻碍。过量的银纳米颗粒使用反过来会导致意想不到的细胞毒性。因此，如何提高银纳米粒子在抗感染治疗中的安全性和特异性是一个亟待解决的关键问题。

虽然目前钛基种植体表面涂层在组织相容性和抗菌性能方面取得了一定进展，但仍缺乏一种同时缓解种植体周围炎症和促进骨整合的良好策略，这一缺陷使得钛基植入物在植入后的早期阶段难以达到足够的稳定性。当细菌侵入人体时，免疫系统被触发，从而启动一系列的炎症反应来根除感染。过度炎症反应会严重破坏种植体周围的内稳态平衡，导致种植体失败和骨整合不良。种植体-骨界面骨整合是一个复杂且高度协调的过程，涉及免疫微环境和骨稳态。因此，及时调节过度激活的免疫微环境对于防止种植体失败至关重要。

巨噬细胞是人体内最丰富的免疫细胞，是抵御细菌病原体的主要防御手段，也是消除炎症过程的关键因素。槲皮素(Que)是一种从植物中提取的类黄酮，因其对氧化应激、癌症、神经损伤、炎症、心血管疾病和肥胖等多种疾病的显著药理作用而被广泛研究。Que在减少小胶质细胞中炎症细胞因子的表达和活性氧(ROS)的产生以及减轻神经炎症方面的功效已被证实。

此外，Que可以通过调节巨噬细胞诱导的c型凝集素(Mincle)/脾酪氨酸激酶(Syk)/核因子κB (NF-κB)信号通路，影响M1和M2巨噬细胞的极化方向，从而避免急性肾损伤。值得注意的是，Que还通过抑制细胞壁合成、核酸合成和生物膜形成而表现出广谱抗菌活性。尽管与抗生素相比，Que的效力较低，但其毒性较低，副作用较少，诱导细菌耐药的可能性较低。而聚多巴胺(PDA)由于其强大的普遍附着力和高功能通用性，近年来被广泛应用于材料表面的修饰。

图片来源：https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2024.09.012

近日，来自中国科技大学第一附属医院的研究者们在Bioact Mater杂志上发表了题为“Silver-quercetin-loaded honeycomb-like Ti-based interface combats infection-triggered excessive inflammation via specific bactericidal and macrophage reprogramming”的文章，该研究表明槲皮素对巨噬细胞极化稳态发挥积极的调节作用，负载银纳米颗粒和槲皮素的基于pda的表面涂层是一种很有前途的预防种植体周围感染和过度炎症反应的新策略。

细菌感染引起的过度炎症是种植体失败的主要原因。抗生素治疗往往不能预防种植体周围感染，并可能引起意想不到的耐药性。在这项研究中，研究者在多孔钛的三维框架上开发了一种新型的基于pda的表面涂层，该涂层集成了AgNPs和Que，标记为SQPdFT。该涂层具有良好的生物安全性和生物相容性。三维结构表面可以进一步增加种植体与新骨的接触面积，从而通过物理手段增强种植体在髓腔内的稳定性。

SQPdFT的设计、合成和生物医学应用示意图

图片来源：https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2024.09.012

pda基涂层提高了钛棒的生物安全性和生物相容性。一旦浮游细菌(如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌)到达SQPdFT表面，释放的Que就会破坏细菌膜。然后，AgNP可以穿透入侵的细菌并杀死它们，从而进一步抑制生物膜的形成。同时，释放的Que可通过过氧化物酶体增殖物激活受体γ (PPARγ)介导的核因子κ b (NF-κ b)途径调节巨噬细胞极化稳态，从而终止过度炎症反应。这些优势促进了骨髓间充质干细胞(BMSCs)的粘附和成骨分化，同时抑制破骨细胞的成熟，并最终赋予髓腔内SQPdFT优越的机械稳定性。

Que通过PPARγ/NF-κB通路调控巨噬细胞极化的分子机制示意图

图片来源：https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2024.09.012   

综上所述，本研究介绍了一种方便的有机-无机杂交策略，用于制备SQPdFT整合AgNPs和Que，通过重编程巨噬细胞命运来增强特异性银杀菌和过度炎症反应。该研究提出的基于sqpdft的非抗生素策略和巨噬细胞重编程策略建立了对抗种植体周围感染的可选范例。(生物谷 Bioon.com）

参考文献：

Ning Yang et al. Silver-quercetin-loaded honeycomb-like Ti-based interface combats infection-triggered excessive inflammation via specific bactericidal and macrophage reprogramming. Bioact Mater. 2024 Sep 17:43:48-66. doi: 10.1016/j.bioactmat.2024.09.012.