基于银纳米颗粒与槲皮素的抗菌钛基涂层：一种新型非抗生素策略对抗种植体周围感染

找药助理

1412次浏览发布时间：2024-10-28 10:56:06

　　随着骨折外伤和骨关节退行性疾病的逐年增加，骨科植入物的需求也在迅速上升。钛(Ti)材料因其卓越的机械性能、耐腐蚀性和生物相容性已成为骨科植入物的主流选择。然而，尽管钛材料在生物相容性方面具有显著优势，但其表面易粘附细菌，增加了感染风险。为了解决这一问题，表面抗菌修饰技术逐渐成为预防种植体周围感染的重要方法。

　　在抗菌领域，抗生素因其广谱活性长期以来被广泛应用，但其局限性也逐渐显现，特别是在细菌对抗生素产生耐药性方面。为了找到有效的替代方法，银纳米颗粒(AgNPs)因其广谱抗菌性和抗生物膜特性被广泛关注。然而，由于细菌膜的通透性较低，AgNPs难以高效渗透，过量使用还可能导致毒性增加。基于此，提高AgNPs的抗感染安全性和特异性成为目前的研究热点。

　　除了抗菌需求，钛基植入物还需具备优良的组织相容性以促进骨整合。植入早期，钛基种植体周围的骨组织稳定性不足，容易受到细菌侵入引发的过度炎症反应影响，导致种植体失败。为了应对这种炎症反应，植入物周围的免疫微环境和骨稳态必须保持适当的平衡。特别是在抵御感染和调节炎症方面，巨噬细胞起到了关键作用。作为免疫系统的重要成员，巨噬细胞通过调节自身的极化方向影响机体的炎症反应。

　　槲皮素(Que)是一种具有广泛药理活性的类黄酮，对多种疾病(如癌症、炎症等)有积极的作用，且在调控巨噬细胞极化方面表现出色。槲皮素能够通过调节M1和M2巨噬细胞的极化平衡以减轻炎症反应，同时具有一定的抗菌活性。因此，槲皮素在增强钛基植入物表面抗菌性能方面显示了巨大的潜力。近年来，聚多巴胺(PDA)因其出色的附着能力和功能多样性，被广泛应用于材料表面修饰。

　　近期，中国科技大学第一附属医院的研究团队在《Bioactive Materials》上发表了一项重要研究，介绍了一种将AgNPs和槲皮素负载于PDA涂层的新型三维多孔钛基结构，并证明其在抗菌和调节巨噬细胞极化稳态方面表现良好。研究表明，基于PDA的银槲皮素复合涂层(简称SQPdFT)是一种具备优异生物相容性的新型非抗生素策略，能够有效预防种植体周围的感染，并调节过度的炎症反应，为提高钛基植入物的机械稳定性和骨整合提供了可能。

　　三维多孔钛基涂层的优势

　　SQPdFT涂层采用三维框架结构，不仅增大了植入物表面与新生骨组织的接触面积，还通过物理结构增强了种植体在髓腔内的稳定性。此外，PDA涂层为植入物提供了良好的生物相容性，有助于维持周围组织的健康。研究中，SQPdFT涂层展示了出色的抗菌活性和炎症抑制效果，尤其在与常见细菌如大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的对抗中表现突出。

　　银纳米颗粒与槲皮素的协同抗菌与免疫调节

　　在细菌感染中，SQPdFT涂层的抗菌机制主要体现在AgNPs和槲皮素的协同作用上。当浮游细菌附着于SQPdFT涂层表面时，涂层中的槲皮素首先破坏细菌膜，削弱其防御能力，随后AgNPs穿透细菌内部发挥杀菌作用，进一步防止生物膜的形成。此外，释放的槲皮素通过激活过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ)和NF-κB信号通路，调节巨噬细胞极化至M2状态，减轻过度的炎症反应。研究显示，这一过程有助于恢复种植体周围的免疫平衡，防止细菌感染引发的持续炎症。

　　对骨整合的促进作用

　　在骨整合过程中，炎症调节与骨稳态的保持至关重要。SQPdFT涂层不仅可以减少感染，还通过稳定免疫微环境来促进成骨。实验显示，SQPdFT涂层有助于骨髓间充质干细胞(BMSCs)的粘附和成骨分化，同时抑制了破骨细胞的成熟，进一步增强了钛基种植体的机械稳定性。与传统抗生素不同，这一策略结合了抗菌与成骨的双重作用，推动了植入物的长期稳定性。

　　非抗生素策略的未来展望

　　该研究展示了一种独特的有机-无机杂交方法，将AgNPs和槲皮素有效结合，形成兼具抗菌性和免疫调节功能的涂层。该非抗生素策略通过重新编程巨噬细胞的命运，防止了植入物周围的感染和过度炎症反应，为骨科种植体的长久性使用提供了新的解决方案。不同于传统的单一抗菌方法，这种涂层利用了植物活性成分的免疫调节特性，不仅降低了细菌耐药风险，还减少了对宿主细胞的毒副作用。

　　总之，SQPdFT涂层展示了对抗感染和改善骨整合的双重潜力。该策略不仅填补了钛基种植体抗感染功能的不足，还通过重编程巨噬细胞来实现炎症控制，有望为骨科植入物领域的抗菌新材料开发带来新的思路。随着进一步的实验验证和临床研究，这种基于PDA、AgNPs和槲皮素的复合涂层有望在未来成为安全、有效的骨科植入物表面修饰技术。

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