مقالة بحثية

رقعة هيدروجيل ملونة هيكلية ذكية تدمج التشخيص والعلاج لإدارة التهاب هشاشة العظام المزمن

DOI:

10.3791/68662

⸱

سبتمبر 12, 2025

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Pathology Department, Tongde Hospital of Zhejiang Province, 2Department of Orthopedics, Tongde Hospital of Zhejiang Province

* These authors contributed equally

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تقدم هذه الدراسة رقعة هيدروجيل ملونة هيكلية ذكية (CPG) لتشخيص وعلاج التهاب العظم والنقي المزمن (COM). يدمج الرقعة هيدروجيل GelMA المستجيب لدرجة الحرارة ، وسقالة CSMA-PBA حساسة للأس الهيدروجيني ، وحمض الساليسيليك لإطلاق الأدوية المتحكم فيه ، ومراقبة العدوى ، وتعزيز تجديد الأنسجة.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

التهاب العظم والنقي المزمن (COM) هو عدوى عظمية مستمرة يصعب علاجها بالمضادات الحيوية التقليدية بسبب مشاكل مثل مقاومة الأدوية والآثار الجانبية الضارة. لمواجهة هذا التحدي ، قمنا بتطوير رقعة هيدروجيل ملونة هيكلية ذكية جديدة (CPG) لكل من تشخيص وعلاج COM. تجمع الرقعة بين الشيتوزان الميثيل أكريليت المعدل مع حمض فينيل بورونيك (CSMA-PBA) كسقالة ، وهيدروجيل GelMA مستجيب لدرجة الحرارة كحشو ، وحمض الساليسيليك (SA) لتوصيل الأدوية. أظهر التوصيف خصائص ميكانيكية ممتازة وقوة لاصقة. أكدت تجارب إطلاق الدواء أن CPG يستجيب بشكل فعال لتغيرات الأس الهيدروجيني ، مما يتيح إطلاق الدواء الخاضع للرقابة. يعمل CPG أيضا كأداة تشخيصية عن طريق الكشف عن تغيرات الأس الهيدروجيني ودرجة الحرارة في موقع العدوى ، مما يساعد في التعافي بعد الجراحة. أظهرت الاختبارات المضادة للميكروبات تثبيطا كبيرا لنمو البكتيريا ، وأظهرت التجارب في المختبر قدرة CPG على تعزيز تعبير عامل نمو بطانة الأوعية الدموية مع تقليل علامات الالتهابات. تسلط الدراسة الضوء على القدرات متعددة الوظائف للصقة الهيدروجيل ، بما في ذلك التأثيرات المضادة للميكروبات والمضادة للالتهابات والأوعية الدموية ، مما يجعلها خيارا علاجيا واعدا لالتهاب العظم والنقي المزمن.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

أصبح التهاب العظم والنقي المزمن مصدر قلق كبير للمرضى بسبب عملية العلاج الصعبة والمطولة ، وارتفاع مخاطر فشل العلاج ، وتكرار المرض1. تتضمن استراتيجيات العلاج الحالية لالتهاب العظم والنقي التنضير الجراحي للأنسجة الميتة والمضادات الحيوية بالحقن. ومع ذلك ، فإن الحاجة إلى جرعات عالية من المضادات الحيوية لتوفير مستويات علاجية في موقع العمل لا تزال غير فعالة في علاج المرض. علاوة على ذلك ، يرتبط استخدام جرعات عالية من المضادات الحيوية بمضاعفات ضارة مثل السمية الكلوية ، والسمية الأذنية ، ومقاومة المضادات الحيوية ، والآثار الجانبية المعدية المعوية. قد يكون توصيل الأدوية المحلية للمضادات الحيوية استراتيجية أكثر ملاءمة للتغلب على هذه العيوب. في حين أن توصيل المضادات الحيوية الموضعية يمكن أن يعالج التهابات العظام بأقل قدر من الآثار الجانبية ، فإن تحفيز تجديد العظام أمر بالغ الأهمية لنجاح العلاج2. لذلك ، يبدو أن الإعطاء المتزامن للمضادات الحيوية وعوامل نمو العظام هو استراتيجية علاج واعدة. على مدى العقود القليلة الماضية ، كان بولي ميثيل ميثاكريليت غير القابل للتحلل (PMMA) هو الدعامة الأساسية للعلاج بالمضادات الحيوية الموضعية في التهاب العظم والنقي. ومع ذلك ، فإن استخدام PMMA كنظام موضعي لتوصيل المضادات الحيوية يواجه قيودا مثل الحاجة إلى إجراء عملية جراحية ثانية لإزالة الخرزة ، وتكوين الأغشية الحيوية البكتيرية التي تفضل الاستعمار السطحي ، وإطلاق المضادات الحيوية على المدى الطويل عند مستويات العلاج الفرعي مما يؤدي إلى مقاومة المضادات الحيوية ، والسمية الجهازية للمونومرات المتبقية ، ونقص الخصائص الحثية للعظام3. وبالتالي ، فإن تطوير أنظمة توصيل محلية قابلة للتحلل باستخدام البوليمرات المتوافقة حيويا قد يتغلب على هذه العيوب. تشير الأدبيات إلى أنه يمكن استخدام جزيئات الفيبروين النانوية الحريرية (SFNPs) المدمجة في سقالة حريرية للتوصيل المحلي للفانكومايسين لعلاج التهاب العظم والنقي الحاد. ومع ذلك ، فإن عدم وجود أي جزيئات نشطة بيولوجيا حثية للعظام في المادة النانوية أدى إلى عدم تحفيز التركيبات المحضرة بشكل كبير على تجديد العظام. لذلك ، كان تصميم مواد السقالة النانوية المركبة المناسبة لعلاج التهاب العظم والنقي المزمن قضية صعبة ومثيرة للقلق. حظيت الهلاميات المائية الطبيعية القائمة على البوليمر باهتمام واسع النطاق نظرا لتشابهها الهيكلي مع المصفوفة خارج الخلية (ECM) وقدرتها على التحكم في إطلاق الدواء4.

تتمثل إحدى السمات البارزة للهلاميات المائية في استجابتها لعوامل مختلفة مثل درجة الحرارة ودرجة الحموضة. قد تزيد الالتهابات المزمنة من درجة الحموضة بسبب العبء الميكروبي ، وعدم تنظيم توازن التجدد والتدهور ، وتعزيز تفاعلات التمثيل الغذائي للانهيار. بالإضافة إلى ذلك ، قد يؤدي الاستئصال الجراحي للمواد المنضرة ، مثل الأنسجة الميتة والقيح ، إلى تسريع انتقال الأس الهيدروجيني إلى قيم أعلى5. لذلك ، فإن استخدام الهلاميات المائية الحساسة للأس الهيدروجيني القادرة على استشعار درجة الحموضة للعدوى المزمنة أمر بالغ الأهمية لتشخيص التهاب العظم والنقي المزمن.

في هذه الدراسة ، نقترح نهجا متكاملا للتشخيص والعلاج باستخدام رقعة هيدروجيل ملونة هيكلية ذكية ، تمتلك الميزات المطلوبة لعلاج التهاب العظم والنقي المزمن كما هو موضح في الشكل 1. الهلاميات المائية فوق الجزيئية المشتقة من تجميع شبكات البوليمر فوق الجزيئية هي مواد جذابة مشابهة للمصفوفة الطبيعية خارج الخلية (ECM). نظرا لخصائصها الممتازة ، بما في ذلك القوة الميكانيكية المناسبة ، والشفاء الذاتي ، والخصائص المضادة للبكتيريا ، والمضادة للالتهابات ، وجدت الهلاميات المائية فوق الجزيئية العديد من التطبيقات في مجال الطب الحيوي6. في المقابل ، حظي اللون الهيكلي ، كنوع من الألوان الناتجة عن تفاعلات فريدة للضوء مع الهياكل النانوية الدورية الجوهرية ، باهتمام كبير في مجالات مثل الشاشات الضوئية والملصقات المضادة للتزييف والأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء. على وجه الخصوص ، عندما يتم تصنيع مواد الألوان الهيكلية من البوليمرات سريعة الاستجابة ، يمكن تعديل لونها بواسطة محفزات مختلفة من خلال تمدد أو تقلص هذه البوليمرات ، مما يشير إلى إمكانات هذه المواد كأجهزة استشعار. لذلك ، يمكن تصور أن الجمع بين الهلاميات المائية فوق الجزيئية والألوان الهيكلية سيوفر استراتيجية فريدة لبناء بقع هيدروجيل جديدة لعلاج التهاب العظم والنقي المزمن7،8،9.

هنا ، قمنا بتطوير نهج تشخيص وعلاج متكامل باستخدام رقعة هيدروجيل ملونة هيكلية ذكية (CPG) تتكون من شيتوزان ميثيل أكريليت مختلط معدل مع حمض فينيل بورونيك (CSMA-PBA) كسقالة حصرية مضادة للبروتين ، وهيدروجيل GelMA مستجيب لدرجة الحرارة كحشو ، ومحمل بحمض الساليسيليك (SA) 10. نظرا لانعكاس الرابطة الهيدروجينية والتفاعلات غير التساهمية داخل الشبكة ، فإن رقعة الهيدروجيل الناتجة لم تظهر خصائص ميكانيكية ممتازة فحسب ، بل امتلكت أيضا قدرات الشفاء الذاتي. علاوة على ذلك ، نظرا لوجود CSMA ، أظهرت رقعة الهيدروجيل هذه أيضا نشاطا حيويا قويا مضادا للبكتيريا. بالإضافة إلى ذلك ، باستخدام الاستجابة الحرارية لبوليمر GelMA ، يمكن أن تطلق رقعة الهيدروجيل مواد فعالة عند وضعها في موقع الالتهاب بدرجة حرارة أعلى نسبيا. في الوقت نفسه ، نظرا لوجود روابط إستر البورونات في CSMA-PBA ، استجاب الهيدروجيل للتغيرات في درجة الحموضة البيئية11. بناء على هذه المزايا ، أظهرنا أن رقعة هيدروجيل فوق جزيئية اللون الهيكلي المقترحة يمكن أن تعالج التهاب العظم والنقي المزمن عن طريق تقليل تنظيم التعبير عن العوامل الالتهابية والنشاط المضاد للبكتيريا وتعزيز تكوين الأوعية. والجدير بالذكر أنه من خلال الاستفادة من الخصائص البصرية الفريدة لسقالة الحصوات المضادة للبروتين ، يمكن أن تظهر رقعة الهيدروجيل قدرة على تغيير اللون استجابة لمحفزات درجة الحرارة ، مما يدل على إمكانات كبيرة في مراقبة وإدارة التهاب العظم والنقي المزمن وتوجيه العلاج السريري.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تمت الموافقة على جميع الإجراءات من قبل لجنة الأخلاقيات الطبية وتم تنفيذها وفقا للإرشادات الخاصة برعاية واستخدام المختبر (منشور المعاهد الوطنية للصحة رقم 80-23 ، المنقح عام 1978). تم استخدام ذكور فئران Sprague-Dawley (8 أسابيع) في التجارب.

تحضير قوالب الكريستال الغروي السيليكا (SCCs)
تم إعداد SCCs كما هو موضح سابقا12،13،14. تم غمر الشرائح الزجاجية النظيفة والمعالجة بالبلازما في محلول 5٪ من جزيئات السيليكا النانوية أحادية التشتت (قطرها 12 نانومتر) مشتتة في ماء منزوع الأيونات. تم تقليب المحلول باستمرار في درجة حرارة الغرفة (25 درجة مئوية) لمدة ساعة واحدة لضمان التشتت المنتظم لجزيئات السيليكا النانوية. تمت إزالة الشرائح من المحلول وتجفيفها بالهواء لمدة ساعة واحدة في درجة حرارة الغرفة. كانت عملية التجفيف حاسمة لضمان الالتصاق الصحيح للجزيئات النانوية على سطح الشرائح الزجاجية. بعد التجفيف بالهواء ، تم وضع الشرائح في فرن جيد التهوية عند 60 درجة مئوية لمدة يومين لتبخير أي مذيب متبقي وتسهيل تكوين البلورات الغروية. أثناء هذا التبخر ، تم وضع الشرائح بزاوية 45 درجة لتعزيز تكوين مصفوفات الكريستال الغروية المرتبة. تميزت المصفوفات البلورية الغروية المرتبة بالتجميع الذاتي وأظهرت ألوانا هيكلية مختلفة اعتمادا على التباعد بين الجسيمات. ثم تم استخدام هذه المصفوفات كقوالب لتصنيع رقعة الهيدروجيل اللاحقة.

تحضير التشخيص والعلاج المتكامل لبقع هيدروجيل ملونة هيكلية ذكية (CPG)
تم تكرار السقالات الحجرية المضادة للبروتين من فراغات قوالب الكريستال الغروية السيليكا (SCCs). تم غمر الشرائح الزجاجية النظيفة أولا في محلول 5٪ من جزيئات السيليكا النانوية أحادية التشتت (قطرها 12 نانومتر) في الماء منزوع الأيونات ، وتم تقليب المحلول في درجة حرارة الغرفة (25 درجة مئوية) لمدة ساعة واحدة لضمان تشتت منتظم للجسيمات النانوية عبر السطح. كانت عملية التحريك حاسمة لمنع تكوين الركام وضمان التوزيع المتجانس للجسيمات النانوية. بعد الغمر ، تم تجفيف الشرائح بالهواء لمدة ساعة واحدة في درجة حرارة الغرفة (RT) ، متبوعا بتجفيف الفرن عند 60 درجة مئوية لمدة يومين لتسهيل تبخر المذيب وتعزيز التجميع الذاتي لجزيئات السيليكا النانوية في مصفوفات بلورية غروية جيدة الترتيب. أثناء التبخر ، تم وضع الشرائح بزاوية 45 درجة لتسهيل محاذاة الجسيمات النانوية ، مما يعزز تكوين مصفوفة دورية مع مسافات بين الجسيمات الخاضعة للرقابة. أظهرت هذه المصفوفة المرتبة لونا هيكليا ، وهو سمة مميزة للبلورات الغروية ، وكانت بمثابة قالب لهيكل الهيدروجيل اللاحق.

ثم تم نقع الخلايا المكولورة قصيرة السلسلة المحضرة في محلول CPG قبل الهلام ، والذي يتكون من GelMA بتركيز 10٪ وزن / حجم مذاب في محلول ملحي مخزن بالفوسفات (PBS). تركت العينات لمدة 5 دقائق في درجة حرارة الغرفة (RT) لضمان التسلل الشامل ل GelMA إلى الفراغات بين جزيئات السيليكا النانوية ، مما يضمن توزيعا موحدا داخل هيكل القالب. كانت هذه الخطوة حاسمة للتأكد من دمج مصفوفة الهيدروجيل بالتساوي في القالب وأن بنية الهيدروجيل النهائية تكرر ترتيب الجسيمات النانوية المرتب للسلكات النانوية. بعد النقع ، تم بلمرة محلول ما قبل الهلام تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية (365 نانومتر) بكثافة 3 ميغاواط / سم2 لمدة 5 دقائق. بدأ هذا التعرض للأشعة فوق البنفسجية التشابك مع GelMA ، مما أدى إلى ترسيخ مصفوفة الهيدروجيل. تم تحسين وقت التعرض والشدة بعناية لتحقيق تشابك كاف دون الإفراط في تعريض الهيدروجيل ، مما قد يؤدي إلى التبلور المفرط أو فقدان بنية القالب.

توصيف CPG
لوحظ مورفولوجيا المقطع العرضي للهيدروجيل باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) بجهد تسارع 5 كيلو فولت بعد طلاء العينات (1 مم × 1 مم) بالذهب15. سمح لنا ذلك بتصور البنية النانوية المسامية وتأكيد توحيد شبكة الهيدروجيل. تم تقييم سلوك التورم عن طريق غمر عينات هيدروجيل 10 مجم في 10 مل من PBS على فترات زمنية مختلفة (0 و 30 و 60 و 120 و 180 دقيقة). تم حساب النسبة المئوية للتورم عن طريق قياس الزيادة في حجم الهيدروجيل بمرور الوقت ، مما قدم نظرة ثاقبة لقدرة الهيدروجيل على امتصاص الماء في ظل ظروف مختلفة. تم إجراء التحليل الريولوجي باستخدام مقياس المقاومة للتفاعل مع إجهاد 1٪ ، مع تطبيق ترددات زاوية تتراوح من 1 راد / ثانية إلى 100 راد / ثانية لقياس معامل التخزين (G') ومعامل الخسارة (G'). كانت هذه الخطوة ضرورية لفهم الخواص الميكانيكية للهيدروجيل ، بما في ذلك سلوكه اللزج المرن تحت الضغط. تم تقييم خصائص لاصق القص باستخدام آلة اختبار الشد العالمية (Instron) بعد ASTM F2255-05 (2015) بسرعة 10 مم / دقيقة وتحميل مسبق قدره 0.01 نيوتن لتقييم قدرة الهيدروجيل على الالتصاق بالأنسجة البيولوجية. تم تقييم إطلاق الدواء باستخدام مقياس الطيف الضوئي للأشعة فوق البنفسجية عن طريق مراقبة الامتصاص عند λ = 280 نانومتر بعد غمر الهيدروجيل في 5 مل من PBS (الرقم الهيدروجيني 7.4). تم تحديد الإطلاق باستخدام منحنى قياسي لتركيزات حمض الساليسيليك لتأكيد قدرات الإطلاق الخاضعة للرقابة لهيدروجيل CPG. أخيرا ، تم غمر الهلاميات المائية في محاليل عازلة من الأس الهيدروجيني 4.5 و 7.2 لمدة 30 دقيقة لتقييم استجابة الأس الهيدروجيني ، ومراقبة التغيرات في الحجم والمظهر في ظل ظروف الأس الهيدروجيني المختلفة16.

درجة الحرارة واستجابة الأس الهيدروجيني لبقع CPG
تم وضع بقع CPG (قطرها حوالي 2 مم) في محلول عازل سعة 5 مل مع درجة حموضة 7.2 وتم الحفاظ عليها عند 37 درجة مئوية باستخدام حمام مائي يتم التحكم في درجة حرارته لمدة 30 دقيقة لتقليد الظروف الفسيولوجية. تم قياس أطياف الانعكاس باستخدام مقياس الطيف الضوئي للأشعة فوق البنفسجية بأطوال موجية تتراوح من 400 نانومتر إلى 800 نانومتر. بعد القياسات الأولية ، تم نقل البقع إلى محاليل عازلة بقيم مختلفة للأس الهيدروجيني (على سبيل المثال ، الرقم الهيدروجيني 4.5 و 7.2 و 9.0) وتم الاحتفاظ بها عند 37 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة. لوحظت الاستجابة للبيئة المكروية ، بما في ذلك أي تغيير في اللون ، بصريا ، وتم تسجيل أطياف الانعكاس مرة أخرى لتحليل تحول اللون. توفر درجة الحرارة واستجابة الأس الهيدروجيني هذه معلومات قيمة حول كيفية تفاعل الهيدروجيل مع التغيرات في بيئة الجرح.

اختبار مضاد للبكتيريا في المختبر
تم إجراء الاختبارات المضادة للبكتيريا باستخدام الإجراءات القياسية. تم استخدام سلالات المكورات العنقودية الذهبية (S. aureus ، ATCC 25923) و Escherichia coli (E. coli ، ATCC 53868) لتقييم النشاط المضاد للبكتيريا لبقع CPG. تم شراء هذه السلالات المرجعية القياسية من مجموعة American Type Culture Collection (ATCC) واستخدمت كسلالات لمراقبة الجودة (QC) للتحقق من صحة إجراءات اختبار مضادات الميكروبات. تم إجراء اختبار الحساسية المضادة للميكروبات باستخدام طريقة التخفيف الدقيق للمرق وفقا لإرشادات CLSI M100. تم تحضير المعلقات البكتيرية في مرق مولر هينتون ، وهو وسيط قياسي لاختبار مضادات الميكروبات. تم تعديل التعكر إلى معيار 0.5 ماكفارلاند ، أي ما يعادل حوالي 1.5 × 108 CFU / مل. ثم تم تلقيح المعلقات ببقع CPG (قطرها 2 مم) ، محضرة إما بالماء منزوع الأيونات أو المخزن المؤقت لدرجة الحموضة 6.0 2- (N-morpholino) حمض إيثانيسلفونيك (MES) (10 مليمتر). تمت إضافة البقع إلى المعلقات البكتيرية بنسبة رقعة واحدة لكل 1 مل من الثقافة. تم تحضين المعلقات عند 37 درجة مئوية لمدة 24 ساعة. بعد الحضانة ، تم تقييم نمو البكتيريا عن طريق طلاء التخفيفات التسلسلية للمزارع على أجار المغذيات ، وتم حساب وحدات تكوين المستعمرات (CFUs) بعد حضانة لمدة 24 ساعة عند 37 درجة مئوية. قدم هذا الإجراء مقياسا كميا للفعالية المضادة للبكتيريا.

تقييم التوافق الحيوي
تم إجراء التجارب كما هو موضح سابقا. تمت معالجة لصقات CPG عن طريق غسيل الكلى في PBS (درجة الحموضة 7.4) لمدة 4 ساعات ، تليها تعقيم الإيثانول (70٪) لمدة 10 دقائق والتطهير بالأشعة فوق البنفسجية (365 نانومتر) لمدة 30 دقيقة لضمان إزالة جميع الملوثات البيولوجية. تمت زراعة خلايا L929 (ATCC CCL-1) في وسط DMEM مكمل بنسبة 10٪ مصل أبقار الجنين (FBS) و 1٪ بنسلين - ستربتومايسين عند 37 درجة مئوية مع 5٪ ثاني أكسيد الكربون2 للحفاظ على بقاء الخلية. تم زرع الخلايا في صفيحة 24 بئرا عند 2 × 105 خلايا / مل ، مع أو بدون بقع CPG (قطرها 2 مم) ، في ثلاث نسخ. تم تقسيم الخلايا إلى ثلاث مجموعات تجريبية: عنصر تحكم فارغ ، ومجموعة CPG ، ومجموعة CPG (MES). بعد 24 ساعة ، تم تقييم صلاحية الخلية باستخدام مقايسة MTT ، وهي طريقة مقبولة على نطاق واسع لتقييم نشاط التمثيل الغذائي للخلية. بالنسبة لمقايسة MTT ، تمت إضافة 20 ميكرولتر من MTT (5 مجم / مل) إلى كل بئر ، تليها الحضانة عند 37 درجة مئوية لمدة 4 ساعات. بعد الحضانة ، تمت إزالة الوسط ، وتمت إضافة 150 ميكرولتر من DMSO لإذابة بلورات الفورمازان التي تشكلها الخلايا الحية. تم قياس الامتصاص عند 570 نانومتر باستخدام قارئ صفيحة دقيقة لتحديد عدد الخلايا القابلة للحياة. يضمن هذا النهج التقييم الموثوق به للسمية الخلوية والتوافق الحيوي لبقع الهيدروجيل.

نشاط مضاد للالتهابات
تم تقييم النشاط المضاد للأكسدة ل CPG باستخدام مجموعة أدوات فحص ROS. تمت زراعة خلايا L929 (ATCC CCL-1) في وسط DMEM مكمل ب 10٪ مصل بقري جنيني (FBS) واحتضانها عند 37 درجة مئوية مع 5٪ ثاني أكسيد الكربون2 لمدة 24 ساعة للسماح بربط الخلايا والتكاثر الأولي. للحث على الإجهاد التأكسدي ، تمت معالجة الخلايا ب 3 ميكروغرام / مل بيروكسيد الهيدروجين (H2O2) لمدة 12 ساعة. بعد تحريض الإجهاد التأكسدي ، تمت إضافة مستخلص الهيدروجيل (المحضر عن طريق إذابة 1 مجم من هيدروجيل CPG في 1 مل من وسط DMEM) إلى الخلايا. تم تحضين الخلايا لمدة 12 ساعة أخرى للسماح بالتأثيرات المضادة للأكسدة المحتملة لهيدروجيل CPG. بعد ذلك ، تم تلطيخ الخلايا بمحلول 10 ميكرومتر DCFH-DA (مخفف في وسط DMEM) واحتضانها عند 37 درجة مئوية لمدة 20 دقيقة. بعد التلوين ، تم غسل الخلايا باستخدام PBS ، وتم التقاط صور مضان باستخدام مجهر مضان بطول موجة إثارة يبلغ 485 نانومتر وطول موجي انبعاث يبلغ 530 نانومتر. ارتبطت شدة التألق الأخضر عكسيا بالنشاط المضاد للأكسدة للهيدروجيل ، مما يوفر تقييما مرئيا لقدرة الهيدروجيل على التخفيف من الإجهاد التأكسدي في الخلايا.

نموذج التهاب العظم والنقي للفئران
تم إنشاء نموذج لالتهاب هشاشة العظام والنقي المزمن: تم تخدير ذكور فئران Sprague-Dawley (8 أسابيع) باستخدام الأيزوفلوران (2-3٪ في الأكسجين) لضمان بقائها غير متحركة وخالية من الألم أثناء الجراحة. تم إجراء شق بطول 2 سم على الجانب الجانبي لعظم الفخذ الأيسر ، وتم استخدام إبرة معقمة 27-G لحقن 1 107 CFU من S. aureus مباشرة في المنطقة التربيقية من عظم الفخذ. تم إجراء الحقن في تجويف نخاع العظم في عظم الفخذ للحث على العدوى في مساحة النخاع ، الموقع الأساسي لالتهاب العظم والنقي. تم تسليم البكتيريا ببطء لضمان الترسب المناسب داخل نخاع العظام. بعد 10 أيام ، تم القتل الرحيم للفئران باستخدام استنشاق ثاني أكسيد الكربون2 ، وتم تشريح عظم الفخذ المصاب بعناية. تم استئصال أنسجة التحبيب من موقع العدوى وغمرها على الفور في 4٪ بارافورمالديهايد لمدة 24 ساعة للحفاظ على سلامة الأنسجة. بعد التثبيت ، تم إزالة الكلس من أنسجة العظام باستخدام عامل إزالة الكلس (على سبيل المثال ، EDTA) لمدة 48-72 ساعة ، اعتمادا على حجم العظم ، للسماح بالتقسيم المناسب للتحليل النسيجي والكيميائي المناعي. ثم تمت معالجة عينات العظام منزوعة الكلس للفحص النسيجي والكيمياء المناعية (IHC) وتلوين التألق المناعي. لتحليل تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي في الوقت الفعلي (qPCR) ، تم تخزين الأنسجة التحبيبية عند -80 درجة مئوية لاستخراج الحمض النووي الريبي اللاحق ، مما يتيح تحليل ملامح التعبير الجيني المتعلقة بالالتهاب وتجديد العظام والاستجابات المناعية

تقييم علاج التهاب العظم والنقي في الجسم الحي
تم تضمين أنسجة التحبيب في البارافين وتقسيمها عند 5 ميكرومتر باستخدام ميكروتوم. تم تلطيخ الأقسام بتلطيخ ماسون ثلاثي الألوان (15 دقيقة بالهيماتوكسيلين ، 1 ساعة باللون الأزرق الأنيلي) لتقييم ترسب الكولاجين وإعادة تشكيل الأنسجة. تم استخدام تلطيخ الهيماتوكسيلين واليوزين (HE) (5 دقائق مع الهيماتوكسيلين ، 2 دقيقة مع الإيوزين) لمراقبة مورفولوجيا الأنسجة العامة والالتهابات. تم إجراء الكيمياء المناعية (IHC) مع مضاد CD31 (1: 100) ومضاد EGF (1: 200) لمدة ساعة واحدة عند 37 درجة مئوية ، تليها حضانة الأجسام المضادة الثانوية في درجة حرارة الغرفة (RT) لمدة 30 دقيقة باستخدام IgG المضاد للفأر أو IgG المضاد للأرانب (مخفف 1: 200) ، اعتمادا على الجسم المضاد الأساسي المستخدم ، لتقييم تكوين الأوعية والتعبير عن عامل النمو. تم إجراء تلطيخ التألق المناعي باستخدام مضاد VEGF (1: 100) ومضاد bFGF (1: 200) لمدة ساعة واحدة عند 37 درجة مئوية ، تليها حضانة الأجسام المضادة الثانوية لمدة 30 دقيقة في RT. لوحظت أقسام لتعبير CD31 و EGF و VEGF و bFGF باستخدام مجهر مضان. لتحليل تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي في الوقت الفعلي (qPCR) ، تم تحليل تعبير mRNA للسيتوكينات المؤيدة للالتهابات (TNF-α و IL-1β و IL-6) بعد استخراج الحمض النووي الريبي باستخدام RNAiso Plus وتخليق (كدنا) باستخدام مجموعة كاشف PrimeScript RT. تم إجراء تفاعل البوليميراز المتسلسل باستخدام SYBR Green PCR Master Mix لتقييم الاستجابة الالتهابية كميا على المستوى الجزيئي.

تدابير مراقبة الجودة
لضمان موثوقية النتائج التجريبية وقابليتها للتكرار ، تم تنفيذ جميع الإجراءات وفقا لبروتوكولات موحدة. تضمنت كل تجربة مجموعات تحكم مناسبة ، مثل الضوابط الفارغة (الفئران المصابة بالمكورات العنقودية الذهبية ولكنها لا تتلقى أي علاج) ، ومجموعات التحكم (الفئران التي خضعت لعمليات جراحية دون عدوى بكتيرية وبدون علاج) ، ومجموعات العلاج المقارن (الفئران التي تتلقى علاجات مختلفة لالتهاب العظم والنقي ، مثل المضادات الحيوية أو دواء تجريبي) ، لتقليل التباين. تم إجراء جميع المقايسات في ثلاث نسخ لضمان الاتساق وتقليل التحيز التجريبي. احتوت كل مجموعة على 6 فئران لضمان الدلالة الإحصائية. تمت معايرة الأدوات ، بما في ذلك مقياس الطيف الضوئي للأشعة فوق البنفسجية ، ومقياس الريومتر ، واختبار الشد ، بشكل روتيني قبل الاستخدام وفقا لمواصفات الشركة المصنعة. تم تحضير المزارع البكتيرية والخلايا في ظل ظروف بيئية خاضعة للرقابة في خزانة السلامة الحيوية ، وتم اتباع إجراءات التلوين باستخدام بروتوكولات متسقة لضمان التكاثر. تم الحصول على البيانات باستخدام إعدادات مجهر موحدة لتقليل التباين بين العينات وضمان القياس الدقيق.

التحليل الإحصائي
تم إجراء التحليل الإحصائي باستخدام GraphPad Prism (الإصدار 8.0). يتم تقديم البيانات كمتوسط ± الانحراف المعياري (SD). للمقارنة بين مجموعات متعددة ، تم استخدام تحليل التباين أحادي الاتجاه (ANOVA) متبوعا باختبار Tukey اللاحق لتقييم الاختلافات في الخواص الميكانيكية ، والسلوك المستجيب للحرارة ، والنشاط المضاد للبكتيريا ، وقابلية الخلية للحياة. تم استخدام اختبار t للطالب للمقارنات الزوجية عند مقارنة مجموعتين فقط ، كما هو الحال في حالة مقارنة قمم الانعكاس لبقع CPG عند قيم الأس الهيدروجيني المختلفة أو التغيرات في درجات الحرارة. اعتبرت نقطة p < 0.05 ذات دلالة إحصائية لجميع التحليلات. تم إجراء جميع التجارب ثلاث نسخ لضمان اتساق النتائج وقابليتها للتكرار.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تصنيع وتوصيف رقع CPG (الشكل 1)
في تجربة نموذجية ، تم تجميع جزيئات السيليكا النانوية أحادية التشتت ذاتيا من خلال تبخر المذيبات لتشكيل مصفوفات معبأة بشكل وثيق ، مما أدى إلى طلاء ألوان هيكلي (SCCs) 17،18،19 ، والتي تم استخدامها لاحقا لإنشاء رقع هيدروجيل ملونة هيكلية متعددة الوظائف ، كما هو موضح في الشكل 1. تضمنت العملية تسلل محلول ما قبل الهلام إلى الفجوات النانوية للخلايا النلوية قصيرة السلسلة عبر العمل الشعري. ثم تم استخدام بلمرة الأشعة فوق البنفسجية لتشكيل الفيلم الهجين من الخلايا المكلورة قصيرة الخلايا والهيدروجيل. بمجرد حفر الخلايا المكافئة قصيرة السلسلة بعيدا ، تم الحصول على سقالة حجرية عكسية مضادة للبروتين ذات بنية مسامية دورية. أخيرا ، تم ملء هيدروجيل GelMA المستجيب للحرارة في الفجوات النانوية للسقالة الحجرية المضادة للبروتين ، متبوعا بالمعالجة ، لإنشاء بقع CPG المستقلة.

نقلت شبكة التشابك القوية للهيدروجيل خصائص ميكانيكية ممتازة إلى بقع CPG. لوحظ أن البقع كانت صلبة بما يكفي لتحمل التمدد دون التسبب في أي ضرر ويمكن تمديدها حتى 2.5 ضعف طولها الأصلي. الأهم من ذلك ، أن رقع CPG أظهرت ألوانا هيكلية نابضة بالحياة وخضعت لتغييرات ديناميكية في اللون أثناء التمدد ، وهي ميزة فريدة ناتجة عن الترتيب الدوري للهياكل النانوية عالية الترتيب داخل البقع. تخلق هذه الهياكل النانوية فجوات النطاق الضوئي (PBGs) ، حيث ينعكس الضوء بأطوال موجية معينة داخل PBG بشكل انتقائي بدلا من نقله ، مما يمنح رقع CPG ألوانها الهيكلية المميزة وقمم الانعكاس.

يمكن تقدير موضع الانعكاس الأقصى لتصحيح CPG بالمعادلة20:

λ =متوسط 1.633dn

حيث d هي المسافة بين مستويات الحيود و nمتوسط هو متوسط معامل الانكسار للمادة ، والذي يتم حسابه على أنه متوسط معامل الانكسار للمكونات ، بما في ذلك GelMA hydrogel والمواد الأخرى المستخدمة في التصحيح. تشير هذه المعادلة إلى أنه مع تمدد الرقعة وانخفاض d ، ينخفض الطول الموجي للانعكاس ، مما يؤدي إلى تحول أزرق في اللون الهيكلي للرقعة. كما تم اختبار قوة الشد للبقع ، ووجد أن قدرة إجهاد البقع انخفضت بسبب ملء GelMA hydrogel في الفجوات النانوية لسقالة الحجر المضادة للبروتين. يوفر تشوه رقع CPG عند التمدد وسيلة حساسة للغاية للكشف عن الإجهاد ، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب مراقبة ميكانيكية.

السلوك المستجيب للحرارة والحساس للأس الهيدروجيني لبقع CPG (الشكل 2)
أظهرت بقع CPG خصائص رائعة مستجيبة للحرارة بسبب هيدروجيل GelMA. عند زيادة درجة حرارة البيئة إلى 37 درجة مئوية ، خضع الهيدروجيل للانكماش ، مما أدى إلى إطلاق جزيئات الماء والبضائع المحملة. أدى هذا الانكماش إلى انخفاض حجم المسام النانوية داخل رقع CPG ، مما أدى إلى تغيير PBG وبالتالي تغيير طيف الانعكاس. يوضح الشكل 2 هذا السلوك ، موضحا كيف يتغير اللون الهيكلي للبقع استجابة للتغيرات في درجة الحرارة ودرجة الحموضة.

لتأكيد هذه الملاحظات ، تم وضع بقع CPG في بيئة محاكاة جرح العدوى المزمنة عند 37 درجة مئوية ودرجة الحموضة 7.2. مع زيادة درجة الحموضة في المحلول ، لوحظ تحول أزرق في ذروة الانعكاس لبقع CPG ، مما يشير إلى انخفاض حجم المسام النانوية. على العكس من ذلك ، عندما انخفض الرقم الهيدروجيني ، أظهرت البقع انححاما أحمر ، يتوافق مع توسع المسام النانوية. يعزى هذا السلوك الحساس للأس الهيدروجيني إلى التحلل المائي لروابط إستر البورونات في CSMA-PBA في ظل الظروف الحمضية ، مما أدى إلى كسر الروابط وأدى إلى تحول أحمر للون الهيكلي. ومع ذلك ، عندما كان الرقم الهيدروجيني قلويا ، لم يلاحظ أي تغيير كبير في اللون ، مما يشير إلى استقرار البقع في الظروف الأساسية. تشير هذه النتائج إلى أنه يمكن استخدام لصقات CPG لمراقبة كل من تغيرات درجة الحرارة ودرجة الحموضة في بيئات الجرح ، وهو أمر بالغ الأهمية للإدارة الفعالة للجروح.

النشاط المضاد للبكتيريا لبقع CPG (الشكل 3)
تم تقييم الخصائص المضادة للبكتيريا لبقع CPG من خلال استزراعها مع S. aureus و E. coli. يوضح الشكل 3 أ ، ب أن بقع CPG قللت بشكل كبير من نمو البكتيريا ، مما يدل على خصائصها الفعالة المضادة للبكتيريا. تعزى هذه الفعالية المضادة للبكتيريا إلى التفاعل الكهروستاتيكي بين سطح CMCSMA موجب الشحنة للبقع وجدران الخلايا البكتيرية سالبةالشحنة 21. أدى هذا التفاعل إلى تعطيل بنية الغشاء البكتيري ، مما أدى إلى موت البكتيريا. يمكن أن ترتبط المجموعات الموجبة ل CMCSMA بالمكونات الأنيونية في الغشاء البكتيري ، مما يؤدي إلى إزالة استقطاب الغشاء وزيادة النفاذية22. علاوة على ذلك ، نظرا لحجمها الجزيئي الصغير نسبيا وسلاسلها البوليمرية المرنة ، يمكن ل CMCSMA اختراق الطبقة الدهنية الثنائية بشكل أكثر فعالية ، مما يتسبب في تسرب المواد داخل الخلايا والتداخل مع نشاط التمثيل الغذائي. سهل الحجم الصغير لجزيئات CMCSMA تغلغلها في غشاء الخلية البكتيرية ، حيث تفاعلت مع الجزيئات الحيوية الأساسية ، مما أدى إلى تعطيل التمثيل الغذائي البكتيري وأنظمة الإنزيم23. بالإضافة إلى ذلك ، بالنظر إلى القدرة القوية على تشكيل الأغشية الحيوية ل S. aureus ، تجدر الإشارة إلى أن المواد القائمة على الكيتوزان مثل CMCSMA قد تم الإبلاغ عن أنها تعطل الأغشية الحيوية البكتيرية عن طريق اختراق مصفوفة المادة البوليمرية خارج الخلية (EPS) والتدخل في سلامتها. يتيح ذلك للعوامل المضادة للبكتيريا الوصول إلى البكتيريا المضمنة في الأغشية الحيوية وقتلها ، والتي عادة ما تكون مقاومة للمضادات الحيوية التقليدية24،25. كما هو موضح في الشكل 3 أ ، توضح المقارنة المرئية للمستعمرات البكتيرية بوضوح انخفاضا كبيرا بعد العلاج ببقع CPG ، مما يسلط الضوء على نشاطها الفعال للجراثيم وإمكاناتها الواعدة لاستخدامها في بيئات الجروح المعرضة للعدوى.

الوظيفة البيولوجية لبقع CPG (الشكل 4)
أظهرت لصقات CPG وظائف بيولوجية كبيرة بالإضافة إلى خصائصها المضادة للبكتيريا. يوضح الشكل 4C ، D أن البقع قامت بشكل فعال بمسح أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) داخل الخلايا ، كما يتضح من انخفاض إشارة التألق الخضراء في مجموعة CPG. يعد تنظيف أنواع الأكسجين التفاعلية أمرا ضروريا في التئام الجروح ، حيث يمكن أن يؤدي الإنتاج المفرط لأنواع الأكسجين التفاعلية إلى إضعاف تجديد الأنسجة. تم تقييم جدوى الخلايا البطانية للأوردة السرية البشرية (HUVECs) المزروعة بشكل مشترك مع بقع CPG باستخدام تلطيخ الجدوى ، كما هو موضح في الشكل 4 أ. أشارت النتائج إلى أن غالبية الخلايا كانت على قيد الحياة ، مع وجود نسبة صغيرة فقط من الخلايا الميتة ، مما يشير إلى أن بقع CPG تعزز بقاء الخلية وتدعم تكاثر الخلايا.

يوضح الشكل 4 ب نتائج مقايسة MTT ، والتي أظهرت أن بقع CPG عززت بشكل كبير تكاثر الخلايا. علاوة على ذلك ، أظهر الشكل 4F ، G أن بقع CPG عززت تكوين الأوعية الدموية من خلال تعزيز التعبير عن عامل نمو بطانة الأوعية الدموية (VEGF) وعامل نمو الخلايا الليفية الأساسي (bFGF) ، وهما ضروريان لتكاثر الخلايا البطانية وتكوين الأوعية الدموية الجديدة. تسلط هذه النتائج الضوء على إمكانات لصقات CPG ليس فقط في منع العدوى ولكن أيضا لتعزيز تجديد الأنسجة وتسريع التئام الجروح.

التقييم في الجسم الحي لبقع CPG (الشكل 5)
أظهرت التجارب في الجسم الحي التي أجريت باستخدام نموذج التهاب العظم والنقي المزمن أن بقع CPG قللت بشكل كبير من العدوى والالتهابات. يوضح الشكل 5 أ التحليل النسيجي (تلطيخ H & E) ، حيث أظهرت المجموعة الضابطة التهابا مميزا ، وتدمير العظام ، والأنسجة الميتة ، والتسلل العالي للخلايا الدفاعية ، بينما أظهرت مجموعة العلاج انخفاضا كبيرا في العدوى والالتهاب وتسلل الخلايا الدفاعية. في مجموعة CPG ، لوحظ زيادة هجرة بانيات العظم ، وتحويل بانيات العظم إلى خلايا عظمية ، وتكوين الأوعية الدموية ، وتكوين عظام جديدة ، وتقليل العدوى ، مما يؤكد بشكل أكبر فعالية بقع CPG في تعزيز تجديد الأنسجة.

بالإضافة إلى ذلك ، يوضح الشكل 5 ب تلطيخ تكوين الأوعية الدموية ، مما يؤكد أن بقع CPG عززت تكوين أوعية دموية جديدة ، وهو أمر بالغ الأهمية لإصلاح الأنسجة. تشير هذه النتائج إلى أن لصقات CPG تلعب دورا مزدوجا في كل من السيطرة على العدوى وتعزيز تجديد الأنسجة ، مما يجعلها مناسبة للغاية لتطبيقات التئام الجروح المزمنة وتجديد العظام.

figure-results-1
الشكل 1: تحضير وتوصيف رقعة هيدروجيل اللون الهيكلي (CPG). (أ): التفاعل بين CSMA و PBA ؛ (ب): صورة CPG ، توضح تغير اللون عند التمدد ؛ (ج): توصيف SEM ل CPG؛ (د): سلوك تورم CPG. (ه): ملامح تدهور CPG؛ (و): حركية إطلاق الدواء من CPG. شريط المقياس: 100 نانومتر. تمثل أشرطة الخطأ الانحراف المعياري (SD). تم استخدام ستة فئران في المجموعة التجريبية. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-2
الشكل 2: الاستشعار الذكي لرقعة CPG. (أ): اختلاف اللون الهيكلي لرقعة CPG مع التغيرات في درجة الحرارة البيئية ودرجة الحموضة ؛ (ب): التحليل الطيفي لرقعة CPG في درجات حرارة مختلفة؛ (ج): التحليل الطيفي لرقعة CPG عند مستويات مختلفة من الأس الهيدروجيني. شريط المقياس: 1 مم. تمثل البيانات متوسط ± SD ، تم تحليلها باستخدام ANOVA أحادي الاتجاه مع اختبار Tukey اللاحق. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-3
الشكل 3: النشاط المضاد للبكتيريا لرقعة CPG. (أ): صور تمثيلية للاستزراع المشترك للمكورات العنقودية الذهبية والإشريكية القولونية مع رقعة CPG ؛ (ب): تحليل قيم الكثافة الضوئية (OD). شريط المقياس: 5 مم. تمثل أشرطة الخطأ SD. تم تحديد الدلالة الإحصائية بواسطة ANOVA أحادي الاتجاه مع اختبار Tukey اللاحق. تم استخدام ستة تكرارات لكل مجموعة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-4
الشكل 4: التقييم الوظيفي البيولوجي لرقعة CPG. (أ): تلطيخ قابلية البقاء لخلايا HUVEC المزروعة بالاشتراك مع رقعة CPG لمدة 48 ساعة ، وتظهر الخلايا الحية (الخضراء) والخلايا الميتة (الحمراء) ؛ (ب): تكاثر الخلايا المقاس بمقايسة MTT ؛ (ج): تلطيخ ROS لرقعة CPG ؛ (د): معدل التنظيف في DPPH في مجموعة VEGF؛ (ه): تحليل q-PCR للعوامل الالتهابية. (و): تعزيز تكوين الأوعية الدموية عن طريق رقعة CPG؛ (ز): نتائج اللطخة الغربية لتعبير VEGF و bFGF؛ (ح): التحليل الإحصائي لقيم التدرج الرمادي ل VEGF و bFGF. شريط المقياس: 100 ميكرومتر. تمثل أشرطة الخطأ SD. تم تحليل البيانات باستخدام ANOVA أحادي الاتجاه مع اختبار Tukey اللاحق. تم استخدام ستة فئران في كل مجموعة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-5
الشكل 5: تجارب في الجسم الحي لرقعة CPG. (أ): تلطيخ HE. (ب): تلطيخ تكوين الأوعية. شريط المقياس: 100 ميكرومتر. تمثل البيانات متوسط ± SD ، تم تحليلها بواسطة ANOVA أحادي الاتجاه مع اختبار Tukey اللاحق. احتوت كل مجموعة على 6. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

توضح نتائج هذه الدراسة تعدد الوظائف للصقات هيدروجيل CPG ، لا سيما من حيث تغيرات لونها الهيكلي ، وحساسية درجة الحرارة ، واستجابة الأس الهيدروجيني ، وخصائصها المضادة للميكروبات. يمكن أن تخضع بقع الهيدروجيل هذه لتغيرات لونية هيكلية مرئية عند تعرضها للتشوه الميكانيكي ، مما يوفر آلية حساسة للغاية لمراقبة الإجهاد. تتوافق هذه الميزة مع الدراسات السابقة التي استكشفت اللون الهيكلي في المواد لتطبيقات أجهزة الاستشعار ، حيث يتم استخدام هذه التحولات اللونية كمؤشرات للإجهاد أو الضغط26،27. توسع دراستنا هذه النتائج من خلال استخدام هذه التغيرات اللونية كوسيلة غير جراحية لمراقبة إجهاد الجروح ، وهو أمر ضروري لتقييم التئام الجروح في الوقت الفعلي. توفر القدرة على مراقبة مثل هذه السلالات الميكانيكية معلومات مهمة للأطباء ، مما قد يساعد في تحديد العلامات المبكرة للمضاعفات ، مثل تفرز الخيط ، وبالتالي دعم تدخلات أكثر استهدافا وفي الوقت المناسب. الأهم من ذلك ، توفر القراءة البصرية آلية استشعار مباشرة وبديهية دون الحاجة إلى طاقة إضافية أو أجهزة تصوير ، مما يوفر حل مراقبة لامركزي مثالي لنقاط الرعاية أو رعاية ما بعد الجراحة في المنزل.

تعزز السلوكيات المستجيبة للحرارة والحساسة للأس الهيدروجيني لصقات هيدروجيل CPG إمكاناتها للاستخدام السريري. مع التئام الجروح ، تكون التقلبات في درجة الحرارة ودرجة الحموضة شائعة ، خاصة في وجود عدوى أو التهاب28. من المعروف أن درجات الحرارة المرتفعة وقيم الأس الهيدروجيني المتغيرة في موقع الجرح مرتبطة بهذه الحالات. في هذه الدراسة ، أظهرت بقع CPG حساسية لمثل هذه التغييرات ، مما يتيح المراقبة في الوقت الفعلي لظروف الجرح المحلية. هذه الميزة ذات قيمة خاصة في البيئات السريرية ، حيث يكون الاكتشاف المبكر للعدوى أو الالتهاب ضروريا لتحسين الاستراتيجيات العلاجية. تعتبر مراقبة درجات الحرارة وتغيرات الأس الهيدروجيني مهمة بشكل خاص في إدارة الجروح لأنها تعمل كمؤشرات حيوية مبكرة وغير جراحية لحالة الجرح29. قد تشير درجة الحرارة المرتفعة إلى ظهور العدوى قبل ظهور الأعراض السريرية ، في حين أن التحولات نحو الأس الهيدروجيني القلوي غالبا ما تشير إلى مزمنة واستعمار ميكروبي وضعف الشفاء. في المقابل ، ترتبط البيئات الحمضية بالجروح الحادة وإمكانية الشفاء الأفضل24. وبالتالي ، فإن دمج العناصر المستجيبة لدرجة الحرارة والأس الهيدروجيني في ضمادات الجروح يسمح بالتدخلات في الوقت المناسب والتقييم المستمر لتقدم الشفاء ، مما قد يمنع تدهور الجرح أو تطوره إلى عدوى جهازية. توفر قدرة الهيدروجيل على التكيف ديناميكيا مع هذه التغييرات أيضا أداة جديدة للأطباء لمراقبة حالة الجرح باستمرار ، مما يوفر دقة أكبر في تتبع عملية الشفاء. علاوة على ذلك ، تسمح هذه الاستجابة الديناميكية بالتحكم المكاني الزماني في الإطلاق العلاجي ، مما يضمن مزامنة توصيل الدواء مع الإشارات المرضية ، وهو هدف أساسي للمواد الحيوية الذكية الحديثة.

علاوة على ذلك ، فإن الخصائص المضادة للميكروبات للصقات هيدروجيل CPG ضرورية في تقليل الحمل البكتيري في موقع الجرح. لطالما عرف الشيتوزان ، الذي تم دمجه في بنية الهيدروجيل ، بخصائصه المضادة للميكروبات ، نظرا لطبيعته الموجبة ، التي تسهل التفاعلات الكهروستاتيكية مع جدران الخلايا البكتيرية سالبة الشحنة29. ومع ذلك ، فإن الآلية المضادة للبكتيريا للمواد القائمة على الكيتوزان لا تقتصر على جذب الشحنة البسيطة. عند ملامسة الأغشية البكتيرية ، يمكن أن يزيد الشيتوزان من نفاذية الغشاء ، مما يؤدي إلى تسرب المحتويات داخل الخلايا مثل أيونات البوتاسيوم والبروتينات والأحماض النووية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للشيتوزان استقلاب أيونات المعادن ثنائية التكافؤ (على سبيل المثال ، Ca2+ و Mg2+) ، مما يعطل نشاط الإنزيم ووظائف التمثيل الغذائي. قد يخترق الشيتوزان منخفض الوزن الجزيئي أيضا جدار الخلية البكتيرية ويرتبط بالحمض النووي ، مما يثبط نسخ الرنا المرسال وتخليق البروتين. تم توثيق هذه الآليات متعددة الأوجه على نطاق واسع. يعمل الهيكل المسامي لسقالة الهيدروجيل على تضخيم هذه التأثيرات من خلال تعزيز مساحة السطح والتلامس البكتيري ، مما يؤدي إلى فعالية تآزرية مضادة للبكتيريا. هذه الخاصية ذات صلة خاصة بعلاج الالتهابات المزمنة ، مثل التهاب العظم والنقي ، حيث يعقد تكوين الأغشية الحيوية عملية الشفاء25،30. تظهر نتائج هذه الدراسة أن بقع هيدروجيل CPG كانت فعالة في تثبيط نمو البكتيريا ، وتقليل الحمل البكتيري في موقع الجرح ، وربما خلق بيئة أكثر ملاءمة لتجديد الأنسجة. هذا النشاط المضاد للميكروبات ، جنبا إلى جنب مع الخصائص الأخرى للهيدروجيل ، يضع البقع كمرشح واعد لإدارة الجروح المزمنة ، والتي غالبا ما تعاني من التلوث البكتيري وتأخر الشفاء. بالإضافة إلى ذلك ، من خلال تثبيط الاستعمار البكتيري الموضعي ، يمنع الهيدروجيل بشكل غير مباشر تنظيم السيتوكينات المؤيدة للالتهابات التي غالبا ما تستمر في الجروح المزمنة المصابة ، وبالتالي تعزيز البيئة الدقيقة المؤيدة للتجدد.

في حين أن أنواع الأكسجين التفاعلية ترتبط عادة بالإجهاد التأكسدي وتلف الأنسجة ، فمن المعروف على نطاق واسع أن التوليد المتحكم فيه من أنواع الأكسجين التفاعلية يلعب دورا مهما في استئصال البكتيريا. يمكن ل ROS ، مثل جذور الهيدروكسيل وأنيونات الأكسيد الفائق ، أن يؤكسد البروتينات البكتيرية والدهون والحمض النووي ، مما يؤدي في النهاية إلى تمزق الغشاء وموت الخلايا. لذلك ، فإن وجود ROS عند مستويات معتدلة يعمل كمكون حاسم لآليات الدفاع الفطرية المضادة للميكروبات. في سياق التهاب العظم والنقي المزمن ، حيث يستمر الاستعمار البكتيري وتكوين الأغشية الحيوية ، يعد القضاء على مسببات الأمراض شرطا أساسيا لتجديد الأنسجة بشكل هادف. يوفر هيدروجيل CPG ، من خلال قمع ROS المفرط مع الحفاظ على نشاط فعال مضاد للبكتيريا من خلال تعطيل الغشاء بوساطة CMCSMA واختراق الأغشية الحيوية ، نهجا متوازنا. تضمن هذه الوظيفة المزدوجة عدم إطالة أمد الالتهاب بسبب الوجود البكتيري المستمر ، مما يسمح بالانتقال من التنشيط المناعي إلى البيئة المكروية المتجددة. وبالتالي ، بدلا من تنظيف ROS بشكل عشوائي ، يقوم هذا النظام بتعديل البيئة المكروية المؤكسدة لدعم كل من إزالة البكتيريا وشفاء الأنسجة.

بالإضافة إلى النشاط المضاد للميكروبات ، أظهرت بقع هيدروجيل CPG وظائف بيولوجية ضرورية لإصلاح الأنسجة وتجديدها31. أظهرت المقايسات في المختبر أن الهيدروجيل يدعم بقاء الخلية وتكاثرها ، وكذلك تكوين الأوعية. تتوافق هذه النتائج مع الدراسات السابقة التي سلطت الضوء على أهمية تكوين الأوعية الدموية في التئام الجروح32. يعد تكوين الأوعية الدموية أمرا بالغ الأهمية لتوفير الأكسجين الكافي وإمدادات المغذيات للأنسجة المصابة ، مما يسهل تجديد الأنسجة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن التأثيرات المؤيدة لتولد الأوعية الدموية للهيدروجيل مهمة بشكل خاص لعلاج الجروح المزمنة ، حيث غالبا ما تعاني هذه الجروح من ضعف الأوعية الدموية ، مما يعيق عملية الشفاء33،34. من خلال تعزيز تكوين الأوعية الدموية ، لا يساهم هيدروجيل CPG في تجديد الأنسجة فحسب ، بل يخلق أيضا بيئة أكثر ملاءمة لبقاء الأنسجة المشكلة حديثا على المدى الطويل. علاوة على ذلك ، فإن قدرة الهيدروجيل على تعزيز هجرة بانيات العظم وتمايزها تضيف قيمة كبيرة في سياق التئام العظام ، خاصة للمرضى الذين يعانون من التهابات العظام المزمنة أو عيوب العظام35. يعد تعزيز تكوين العظم وسيلة واعدة لتحسين النتائج في التهاب العظم والنقي وأمراض العظام ذات الصلة ، حيث غالبا ما يتعرض الشفاء للخطر. تعالج هذه الوظيفة الاستقرائية العظمية ، المدمجة مع مكافحة العدوى الموضعية ، تحديا مركزيا في هندسة الأنسجة العضلية الهيكلية: الحاجة إلى حلول متقاربة تعزز كل من الدفاع المضاد للميكروبات وتجديد الأنسجة في منصة واحدة.

تؤكد النتائج في الجسم الحي الإمكانات العلاجية لبقع هيدروجيل CPG ، مما يدل على قدرتها على دعم إصلاح الأنسجة ، وتقليل العدوى ، وتعزيز تكوين العظم. في نماذج الجروح المزمنة ، سهلت هذه الهلاميات المائية بشكل فعال إغلاق الجرح وتجديد الأنسجة. في نماذج تجديد العظام ، عزز هيدروجيل CPG هجرة بانيات العظم وتمايزها ، مما يعزز التئام العظام. تتوافق هذه النتائج مع نتائج الدراسات الأخرى التي استكشفت استراتيجيات التئام الجروح وتجديد العظام القائمة على الهيدروجيل36. توفر قدرة لصقات الهيدروجيل CPG على معالجة العدوى في وقت واحد ، وتعزيز تكوين الأوعية الدموية ، ودعم تكوين العظام منصة قوية للعناية الشاملة بالجروح ، مما يجعلها مرشحا واعدا للاستخدام السريري.

على الرغم من هذه النتائج الواعدة ، هناك العديد من القيود على الدراسة الحالية. أولا ، في حين أظهرت النماذج في المختبر وفي الجسم الحي نتائج إيجابية ، أجريت الدراسات قبل السريرية بشكل أساسي في نماذج الفئران. بينما تستخدم الفئران على نطاق واسع في دراسات التئام الجروح ، إلا أنها قد لا تكرر تماما تعقيد التئام الجروح البشرية. لذلك ، من الضروري إجراء مزيد من التحقق من الصحة في النماذج الحيوانية الأكبر ، بالإضافة إلى التجارب السريرية البشرية ، لتأكيد سلامة وفعالية بقع الهيدروجيل هذه في البيئات السريرية في العالم الحقيقي. ثانيا ، على الرغم من أن الهلاميات المائية CPG أظهرت خصائص ميكانيكية جيدة ووظائف بيولوجية على المدى القصير ، إلا أن استقرارها وسلوكها المتدهور على المدى الطويل في الجسم الحي لا يزالان غير واضحين. يمكن أن تتحلل الهلاميات المائية بمرور الوقت ، وقد تؤثر منتجات التحلل على عملية الشفاء أو حتى تحفز ردود فعل سلبية. يجب أن تركز الدراسات المستقبلية على تحسين معدل تحلل هذه الهلاميات المائية لضمان تحللها بطريقة خاضعة للرقابة ، دون إطلاق منتجات ثانوية ضارة. بالإضافة إلى ذلك ، يجب تحسين الإطلاق الخاضع للرقابة للعوامل النشطة بيولوجيا المدمجة في الهيدروجيل لضمان التأثيرات العلاجية المستدامة بمرور الوقت ، خاصة لعلاج الجروح المزمنة.

بينما تركز هذه الدراسة على سقالة فوق جزيئية قائمة على الهيدروجيل ، فإن الأساليب البديلة لمعالجة نفس الفرضية العلاجية تشمل أجهزة الاستشعار الحيوية الكهروكيميائية ، وأنظمة الجرح على الرقاقة الدقيقة ، والضمادات الذكية التي تتضمن مكونات إلكترونية للاستشعار البيئي. ومع ذلك ، على عكس تلك التقنيات التي تتطلب غالبا مصادر طاقة وواجهات معقدة ، فإن رقعة الهيدروجيل التي تم تطويرها هنا توفر نظاما أساسيا قائما بذاته وقابلا للتفسير بصريا بدون أجهزة خارجية ، مما يجعلها جذابة بشكل خاص للإعدادات محدودة الموارد.

تكمن أهمية هذا العمل في إمكاناته الانتقالية. بالإضافة إلى التهاب العظم والنقي ، يمكن تخصيص منصة CPG للحالات الأخرى المرتبطة بالالتهاب ، مثل تقرحات القدم السكرية ، والتهابات الموقع الجراحي ، ومراقبة استئصال ما بعد الورم. يوفر دمج الوظائف التشخيصية والعلاجية في مصفوفة هيدروجيل واحدة فرصة فريدة لتطوير الجيل التالي من ضمادات الجروح الذكية. بالإضافة إلى ذلك ، يوفر نظام الألوان الهيكلي القائم على الكريستال الضوئي فرصا للاستشعار الحيوي اللوني في الوقت الفعلي المطبق في الطب الشخصي. علاوة على ذلك ، تسمح نمطية تصميم CPG بالتكيف مع التكامل المستقبلي مع الخلايا الجذعية أو الإكسوسومات أو ناقلات توصيل الجينات لتوسيع قدراتها التجديدية ، بما يتماشى مع المسارات الحالية في الطب التجديدي الدقيق.

وبالنظر إلى المستقبل، ينبغي أن تركز البحوث المستقبلية على عدة مجالات رئيسية. أولا ، سيكون تحسين تكوين وهيكل بقع الهيدروجيل CPG أمرا بالغ الأهمية لتعزيز استقرارها وأدائها على المدى الطويل. يمكن أن يؤدي تعديل كثافة التشابك ودمج العوامل النشطة بيولوجيا الأخرى ، مثل عوامل النمو أو السيتوكينات ، إلى تحسين الإمكانات العلاجية للهيدروجيل لتطبيقات سريرية محددة. ثانيا ، يمكن أن يؤدي توسيع نطاق تطبيقات هذه الهلاميات المائية إلى ما وراء الجروح المزمنة إلى أنواع أخرى من تجديد الأنسجة ، مثل إصلاح الأعصاب أو الغضاريف ، إلى إثبات تعدد استخداماتها. هناك حاجة إلى البحث في كيفية تصميم الهلاميات المائية CPG لأنواع معينة من الجروح ، مثل تقرحات السكري أو تقرحات الضغط ، لتوسيع قابليتها للتطبيق السريري. ثالثا ، قد يؤدي دمج العلاجات المتقدمة ، مثل العلاج بالخلايا الجذعية أو العلاج الجيني ، مع بقع الهيدروجيل إلى تعزيز خصائصها التجديدية ، مما يسمح بعلاجات أكثر شمولا وفعالية. أخيرا ، ستكون التجارب السريرية واسعة النطاق ومتعددة المراكز ودراسات التطبيقات في العالم الحقيقي ضرورية لتقييم السلامة وقابلية التصنيع وامتثال المستخدم والاستعداد التنظيمي لمنصة CPG ، وبالتالي دعم ترجمتها السريرية النهائية.

في الختام ، تمثل لصقات الهيدروجيل CPG منصة واعدة للعناية المتقدمة بالجروح وتجديد الأنسجة. توفر قدرتها على مراقبة إجهاد الجرح ، والاستجابة لتغيرات درجة الحرارة ودرجة الحموضة ، وإظهار خصائص مضادة للميكروبات ، وتعزيز تجديد الأنسجة نهجا متعدد الأوجه لعلاج الجروح المزمنة. في حين أن نتائج الدراسات قبل السريرية مشجعة ، إلا أن المزيد من التحسين والتحقق السريري ضروريان لتحقيق إمكانات بقع الهيدروجيل هذه بشكل كامل في البيئات السريرية. يجب أن تتضمن اتجاهات البحث المستقبلية تحسينات في تكوين المواد ، والتطبيقات الأنطاق ، والتكامل مع الاستراتيجيات العلاجية المتقدمة ، والتجارب السريرية لإثبات فعاليتها وسلامتها لدى البشر.

في هذه التجربة ، استخدمنا مزيجا من ميثيل CSMA-PBA كسقالة أوبال عكسية ، وهيدروغيل GelMA المستجيب لدرجة الحرارة كحشو ، وقمنا بتحميله ب SA لإنشاء رقعة هيدروجيل هيكلية ذكية تشخيصية وعلاجية متكاملة CPG. تظهر النتائج التجريبية أن رقعة الهيدروجيل هذه تظهر خصائص ميكانيكية ممتازة وقوة لاصقة. يمكن أن يمنع نمو البكتيريا ، وينظم بشكل كبير التعبير عن عامل نمو بطانة الأوعية الدموية ، ويخفض مستويات العوامل الالتهابية ، وبالتالي يوفر آفاقا سريرية كبيرة لعلاج COM. علاوة على ذلك ، الأهم من ذلك ، بناء على قدرة CPG على اكتشاف التغيرات في درجة الحرارة ودرجة الحموضة في موقع العدوى ، فإنه يلعب دورا في المراقبة في التعافي بعد الجراحة من التهاب العظم والنقي المزمن.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعلن المؤلفون عدم وجود تضارب في المصالح فيما يتعلق بهذه الدراسة. لم تكن هناك علاقات مالية أو شخصية يمكن أن تؤثر على العمل المقدم في هذه المخطوطة. يؤكد المؤلفون أنه لم يتم استخدام أي أدوات الذكاء الاصطناعي أثناء إعداد هذه المخطوطة. وافق جميع المؤلفين على النسخة النهائية من المخطوطة لتقديمها.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم دعم هذا العمل من قبل صندوق البحث العلمي التابع للجنة الصحة الوطنية - خطة العلوم والتكنولوجيا الصحية الرئيسية لمقاطعة تشجيانغ (رقم WKJ-ZJ-2419) و Zhejiang Clinovation Pride (فريق الابتكار السريري لالتهاب هشاشة العظام الرضحي) (رقم CXTD202501009). نود أن نعرب عن خالص امتناننا لكل من دعم وساهم في هذا البحث. كانت توجيهاتك ومساعدتك وملاحظاتك لا تقدر بثمن في إكمال هذا العمل.

توافر البيانات:
البيانات الأولية التي تدعم نتائج هذه الدراسة متاحة من المؤلف المقابل بناء على طلب معقول. بالإضافة إلى ذلك ، تم تحميل جميع البيانات على Zenodo وهي متاحة للجمهور على الرابط التالي: https://doi.org/10.5281/zenodo.16785606

مساهمة المؤلف:
Xiaoyu Han و Qiaofeng Guo: مراجعة الكتابة والتحرير. شيانغ وانغ وبينغيوان لين: التصور. ييانغ ليو وهايونغ رين: المنهجية. كاي هوانغ وهواجون يو: التصور والإشراف. وقد قرأ جميع المؤلفين النسخة المنشورة من المخطوطة ووافقوا عليها.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
أكريلاميد (صباحا ، 99٪)سيجما ألدريتشأ 8887مونومر لبلمرة هيدروجيل
كلوريد الأكريلويل (AC ، 99٪)كيماويات TCIأ 0376تستخدم في تفاعلات التعديل الكيميائي
الألومينا القلوية (200-300 شبكة)علاء الدينA112336تستخدم لتنقية ميثيل ميثاكريلات
الأجسام المضادة المضادة ل bFGFسانتا كروزSC-9084تلطيخ التألق المناعي للكشف عن عامل النمو
الأجسام المضادة المضادة ل CD31أبكامأب28364الكيمياء المناعية للكشف عن علامات الأوعية الدموية
الأجسام المضادة المضادة ل EGFسيجما ألدريتشE9644تلطيخ الكيمياء المناعية
الأجسام المضادة المضادة ل VEGFسانتا كروزSC-7269تلطيخ التألق المناعي لتكوين الأوعية الدموية
ثنائي أكريلاميد (مكررا ، 97٪)سيجما ألدريتشط7279عامل الربط المتشابك في شبكة الهيدروجيل
طقم عد الخلايا -8 (CCK-8)دوجيندوCK04تقييم صلاحية الخلية
شيتوزان ، ميثيل أكريلاتيد (CSMA-PBA)سيجما ألدريتشسي 3641تشكيل السقالة في بقع هيدروجيل
مسبار DCFH-DAبيوتايمرقم S0033الكشف عن أنواع الأكسجين التفاعلي (ROS)
ثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO)شركة المجموعة الوطنية الصينية للأدويةDMSO-ARمذيب لصياغة هيدروجيل
الإشريكية القولونية (الإشريكية القولونية)ATCC-تستخدم في الاختبارات المضادة للبكتيريا
مجهر مضانأوليمبوسبي اكس 53التألق المناعي وتصوير الخلايا
الجيلاتين ميثاكريليت (GelMA)سيجما ألدريتشجي 1894مكون هيدروجيل مستجيب لدرجة الحرارة
حمض الهيدروكلوريك (حمض الهيدروكلوريك)تشونغتشينغ تيانيونحمض الهيدروكلوريك ARتعديل الأس الهيدروجيني في التوليف
بيروكسيد الهيدروجين (H2O2)سيجما ألدريتش[إتش1009]يحفز الإجهاد التأكسدي في الخلايا
حمض الهيدروفلوريك (HF ، 4٪)سينوفارمH814912نقش بلورات السيليكا الغروية
آلة اختبار الشد العالمية Instronإنسترون3345اختبار القوة الميكانيكية واللاصقة
خلايا L929ATCCCCL-1تستخدم لمقايسات السمية الخلوية والتوافق الحيوي
لايكا ميكروتوملايكا2235 رينجيت ماليزيتستخدم لتقسيم البارافين للأنسجة
ذكور Sprague-Dawley Rats (8 أسابيع)ريغان للتكنولوجيا الحيوية-نموذج التهاب العظم والنقي المزمن في الجسم الحي
ماسون طقم بقع ثلاثي الألوانسولاربيوطراز G1340تلطيخ نسيجي للتليف
ميثيل ميثاكريلات (MMA ، 99٪)سيجما ألدريتشإم 27805مونومر لتشكيل السقالة
طقم فحص MTTبيوتايمم 5655تكاثر الخلايا وتقييم السمية الخلوية
بارافورمالديهايد (4٪)سيرفيسبيوجي 1101تثبيت الأنسجة
بارافينسيجما ألدريتشص 1003تضمين وسيط للأنسجة
المخزن المؤقت PBSجيبكو10010023تستخدم في معالجة الخلايا والهيدروجيل
فينيل ألانين (99٪)سيجما ألدريتشص 5482تستخدم في التعديل الكيميائي
حمض فينيل بورونيك (PBA)كيماويات TCIص 0157مكون حساس للأس الهيدروجيني في هيدروجيل
برسلفات البوتاسيوم (KPS)بكين باولينغويKPS-ARالبادئ الجذري في البلمرة
طقم كاشف PrimeScript RTتاكاراRR047 أتستخدم لتخليق (كدنا)
طقم فحص أنواع الأكسجين التفاعلي (ROS)التكنولوجيا الحيوية كجينKGAF019تقييم النشاط المضاد للأكسدة
نظام PCR في الوقت الحقيقيالأنظمة الحيوية التطبيقيةStepOnePlusالقياس الكمي للتعبير الجيني
RNAiso Plusتاكارا9108كاشف استخراج الحمض النووي الريبي
مترين الريومتر (HR-1)أدوات TAHR-1التوصيف الريولوجي للهيدروجيل
حمض الساليسيليك (SA)سيجما ألدريتشس 3254جزيء الدواء في هيدروجيل
المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)جيولجي إس إم -7500 إفالتحليل المورفولوجي لهيكل الهيدروجيل
جزيئات السيليكا النانوية (12 نانومتر)سيجما ألدريتش637246تشكيل قوالب الكريستال الغروية السيليكا
هيدروكسيد الصوديوم (هيدروكسيد الصوديوم)شركة المجموعة الوطنية الصينية للأدويةNaOH-ARتعديل الأس الهيدروجيني
المكورات العنقودية الذهبية (S. aureus)ATCC-تستخدم في الاختبارات المضادة للبكتيريا
SYBR جرين PCR ماستر ميكسالأنظمة الحيوية التطبيقية4367659كاشف الكشف عن qPCR
مصدر ضوء الأشعة فوق البنفسجية (365 نانومتر ، 3 ميجاوات / سم ² ؛)هيرولاب[أوفتي-28]تستخدم للبلمرة بالأشعة فوق البنفسجية
مقياس الطيف الضوئي للأشعة فوق البنفسجيةشيمادزوالأشعة فوق البنفسجية -2600قياس إطلاق الدواء

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Kim, S. M., et al. Tissue engineering treatment in osteomyelitis of the jaws. Tissue Eng Regen Med. 12 (S1), 11-26 (2015).
  2. Masters, E. A., et al. Evolving concepts in bone infection: redefining "biofilm", "acute vs chronic osteomyelitis", "the immune proteome" and "local antibiotic therapy". Bone Res. 7, 20(2019).
  3. Shnol, H., LaPorta, G. A. 3D printed total talar replacement: A promising treatment option for advanced arthritis, avascular osteonecrosis, and osteomyelitis of the ankle. Clin Podiatr Med Surg. 35 (4), 403-422 (2018).
  4. Loc-Carrillo, C., et al. Local intramedullary delivery of vancomycin can prevent the development of long bone Staphylococcus aureus infection. PLoS One. 11 (7), e0160187(2016).
  5. Braun, J., et al. Toxic effect of vancomycin on viability and functionality of different cells involved in tissue regeneration. Antibiotics (Basel). 9 (5), 238(2020).
  6. Spohn, R., et al. Integrated evolutionary analysis reveals antimicrobial peptides with limited resistance. Nat Commun. 10 (1), 4538(2019).
  7. Kang, J., et al. Antimicrobial peptide LL-37 is bactericidal against Staphylococcus aureus biofilms. PLoS One. 14 (6), e0216676(2019).
  8. Li, L., et al. Cathelicidin LL37 promotes osteogenic differentiation in vitro and bone regeneration in vivo. Front Bioeng Biotechnol. 9. 9, 638494(2021).
  9. Pereira, I., et al. In vivo systemic toxicity assessment of an oxidized dextrin-based hydrogel and its effectiveness as a carrier and stabilizer of granular synthetic bone substitutes. J Biomed Mater Res A. 107 (8), 1678-1689 (2019).
  10. Szili, E. J., et al. On plasma activated acetyl donors: Comparing the antibacterial efficacy of tetraacetylethylenediamine and pentaacetate glucose. Plasma. 5 (4), 423-435 (2022).
  11. Ning, J., et al. Argon mitigates impaired wound healing process and enhances wound healing in vitro and in vivo. Theranostics. 9 (2), 477-490 (2019).
  12. Nain, A., et al. Copper sulfide nanoassemblies for catalytic and photoresponsive eradication of bacteria from infected wounds. ACS Appl Mater Interfaces. 13 (7), 7865-7878 (2021).
  13. Feng, L., et al. Magnetic targeting, tumor microenvironment-responsive intelligent nanocatalysts for enhanced tumor ablation. ACS Nano. 12 (11), 11000-11012 (2018).
  14. Zhu, Y., et al. A multifunctional pro-healing zwitterionic hydrogel for simultaneous optical monitoring of pH and glucose in diabetic wound treatment. Adv Funct Mater. 30, 1905493(2020).
  15. Mirpour, S., et al. Cold atmospheric plasma as an effective method to treat diabetic foot ulcers: A randomized clinical trial. Sci Rep. 10 (1), 10440(2020).
  16. Sabrin, S., et al. Opportunities of electronic and optical sensors in autonomous medical plasma technologies. ACS Sens. 8 (3), 974-993 (2023).
  17. Liu, Z., et al. A novel antifungal plasma-activated hydrogel. ACS Appl Mater Interfaces. 11 (26), 22941-22949 (2019).
  18. Chen, J., et al. Plasma-activated hydrogels for microbial disinfection. Adv Sci (Weinh). 10 (14), e2207407(2023).
  19. Ghimire, B., et al. The influence of a second ground electrode on hydrogen peroxide production from an atmospheric pressure argon plasma jet and correlation to antibacterial efficacy and mammalian cell cytotoxicity. J Phy D Appl Phys. 55 (12), 125207(2022).
  20. Mohamed, A. A. H., et al. The effect of a second grounded electrode on the atmospheric pressure argon plasma jet. Plasma Res Express. 2, 015011(2020).
  21. Maho, T., et al. Antibacterial action of plasma multi-jets in the context of chronic wound healing. Appl Sci. 11 (20), 9598(2021).
  22. Tharmalingam, N., et al. Mefloquine reduces the bacterial membrane fluidity of Acinetobacter baumannii and distorts the bacterial membrane when combined with polymyxin B. mBio. 16 (4), e0401624(2025).
  23. Fu, Z., et al. Enhanced photothermal therapy for oral cancer using benzothiadiazole-based nanoparticle-loaded hydrogels. Artif Cells Nanomed Biotechnol. 53 (1), 345-360 (2025).
  24. Chiang, C. Y., et al. Synthesis of photoresponsive hybrid alginate hydrogel with photo-controlled release behavior. Carbohydr Polym. 119, 18(2015).
  25. He, L., et al. Multifunctional dynamic chitosan-guar gum nanocomposite hydrogels in infection and diabetic wound healing. Carbohydr Polym. 354, 123316(2025).
  26. Jaishi, L. R., et al. Metal-Organic Frameworks (MOFs)-based piezoelectric-colorimetric hybrid sensor for monitoring green leaf volatiles. ACS Sens. 9 (12), 6553-6562 (2024).
  27. Wang, J., et al. Cellulose nanocrystals-based optical organohydrogel fiber with customizable iridescent colors for strain and humidity response. Int J Biol Macromol. 275 (Pt 1), 133501(2024).
  28. Su, W., et al. Intelligent response agarose/chitosan hydrogel wound dressing: Synergistic chemotherapy, PDT and PTT effects against bacterial infection. Int J Biol Macromol. 298, 139927(2025).
  29. Haidari, H., et al. Bacteria-activated dual pH- and temperature-responsive hydrogel for targeted elimination of infection and improved wound healing. ACS Appl Mater Interfaces. 14 (46), 51744(2022).
  30. Dong, J., et al. Vacancies-rich Z-scheme VdW heterojunction as H2S-sensitized synergistic therapeutic nanoplatform against refractory biofilm infections. Biomaterials. 320, 123258(2025).
  31. Tang, J., et al. Revolutionizing pressure ulcer regeneration: Unleashing the potential of extracellular matrix-derived temperature-sensitive injectable antioxidant hydrogel for superior stem cell therapy. Biomaterials. 314, 122880(2025).
  32. Qiu, L., et al. Ultrasound-activated piezoelectric heterojunction drives nanozyme catalysis to induce bacterial cuproptosis-like death and promote bone vascularization and osseointegration. Biomaterials. 320, 123249(2025).
  33. Lai, Y., et al. Advanced healing potential of simple natural hydrogel loaded with sildenafil in combating infectious wounds. Int J Pharm X. 9, 100328(2025).
  34. Chen, S., et al. Quaternized chitosan-based photothermal antibacterial hydrogel with pro-vascularization and on-demand degradation properties for enhanced infected wound healing. Carbohydr Polym. 355, 123350(2025).
  35. Shan, J., et al. End-tail soaking strategy toward robust and biomimetic sandwich-layered hydrogels for full-thickness bone regeneration. Bioact Mater. 49, 486-501 (2025).
  36. Zheng, Y., et al. Hydrogel promotes bone regeneration through various mechanisms: a review. Biomed Tech (Berl). 70 (2), 103-114 (2024).

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

مقالات ذات صلة