מאמר מחקר

מדבקת הידרוג'ל צבעונית מבנית אינטליגנטית המשלבת אבחון וטיפול לניהול אוסטאומיאליטיס כרונית

DOI:

10.3791/68662

⸱

12 בספטמבר 2025

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

* These authors contributed equally

במאמר זה

סיכום

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

מחקר זה מציג מדבקת הידרוג'ל צבעונית חכמה (CPG) לאבחון וטיפול באוסטאומיאליטיס כרונית (COM). המדבקה משלבת הידרוג'ל GelMA מגיב לטמפרטורה, פיגום CSMA-PBA רגיש ל-pH וחומצה סליצילית לשחרור מבוקר של תרופות, ניטור זיהומים וקידום התחדשות רקמות.

תקציר

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

אוסטאומיאליטיס כרונית (COM) היא זיהום מתמשך בעצמות שקשה לטפל בו באמצעות אנטיביוטיקה קונבנציונלית בגלל בעיות כמו עמידות לתרופות ותופעות לוואי שליליות. כדי להתמודד עם אתגר זה, פיתחנו מדבקת הידרוג'ל צבעונית מבנית חכמה (CPG) לאבחון וטיפול ב-COM. המדבקה משלבת צ'יטוזן מתילאקרילט שעבר שינוי עם חומצה פנילבורונית (CSMA-PBA) כפיגום, הידרוג'ל GelMA מגיב לטמפרטורה כמילוי, וחומצה סליצילית (SA) למתן תרופות. האפיון הראה תכונות מכניות מצוינות וחוזק דבק. ניסויים בשחרור תרופות אישרו כי CPG מגיב ביעילות לשינויי pH, ומאפשר שחרור מבוקר של תרופות. CPG משמש גם ככלי אבחון על ידי זיהוי שינויי pH וטמפרטורה באתר הזיהום, ומסייע בהתאוששות לאחר הניתוח. בדיקות אנטי-מיקרוביאליות הראו עיכוב משמעותי של צמיחת חיידקים, וניסויים במבחנה הראו את יכולתו של CPG לקדם ביטוי של גורם גדילה אנדותל כלי דם תוך הפחתת סמנים דלקתיים. המחקר מדגיש את היכולות הרב-תכליתיות של מדבקת ההידרוג'ל, כולל השפעות אנטי-מיקרוביאליות, אנטי דלקתיות ופרו-וסקולריות, מה שמציב אותה כאופציה טיפולית מבטיחה לאוסטאומיאליטיס כרונית.

מבוא

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

אוסטאומיאליטיס כרונית הפכה לדאגה מרכזית עבור חולים בשל תהליך הטיפול המאתגר והממושך שלה, סיכון גבוה לכישלון טיפול והישנות1. אסטרטגיות הטיפול הנוכחיות באוסטאומיאליטיס כוללות פירוק כירורגי של רקמה נמקית ואנטיביוטיקה פרנטרלית. עם זאת, הצורך במינונים גבוהים של אנטיביוטיקה כדי לספק רמות טיפוליות באתר הפעולה נותר לא יעיל בטיפול במחלה. יתר על כן, השימוש באנטיביוטיקה במינון גבוה קשור לסיבוכים שליליים כגון רעילות כליות, רעילות אוזניים, עמידות לאנטיביוטיקה ותופעות לוואי במערכת העיכול. מתן תרופות מקומי של אנטיביוטיקה עשוי להיות אסטרטגיה מתאימה יותר להתגבר על חסרונות אלה. בעוד שמתן אנטיביוטיקה מקומית יכול לטפל בזיהומים בעצמות עם תופעות לוואי מינימליות, השראת התחדשות העצם חיונית לטיפול מוצלח2. לכן, נראה כי מתן בו זמנית של אנטיביוטיקה וגורמי גדילת עצם הוא אסטרטגיית טיפול מבטיחה. במהלך העשורים האחרונים, פולימתיל-מתאקרילט שאינו מתכלה (PMMA) היה עמוד התווך לטיפול אנטיביוטי מקומי באוסטאומיאליטיס. עם זאת, השימוש ב-PMMA כמערכת אספקת אנטיביוטיקה מקומית מתמודד עם מגבלות כגון הצורך בניתוח שני להסרת חרוזים, היווצרות ביופילם חיידקי המעדיף קולוניזציה על פני השטח, שחרור אנטיביוטיקה לטווח ארוך ברמות תת-טיפוליות המובילות לעמידות לאנטיביוטיקה, רעילות מערכתית של מונומרים שיוריים והיעדר תכונות אינדוקטיביות של העצם3. לפיכך, פיתוח מערכות אספקה מקומיות מתכלות באמצעות פולימרים תואמים ביולוגית עשוי להתגבר על חסרונות אלה. הספרות מצביעה על כך שננו-חלקיקי פיברואין משי (SFNPs) המשולבים בפיגום משי לאספקה מקומית של ונקומיצין יכולים לשמש לטיפול באוסטאומיאליטיס חמורה. עם זאת, היעדר מולקולות ביו-אקטיביות אינדוקטיביות לעצם בחומר הננו-מרוכב הביא לכך שהמבנים המוכנים לא גרמו באופן משמעותי להתחדשות העצם. לכן, תכנון חומרי פיגום ננו-מרוכבים המתאימים לטיפול באוסטאומיאליטיס כרונית היה נושא מאתגר לדאגה. הידרוג'לים מבוססי פולימרים טבעיים זכו לתשומת לב נרחבת בשל הדמיון המבני שלהם למטריצה החוץ-תאית (ECM) ויכולתם לשלוט בשחרור תרופות4.

מאפיין בולט אחד של הידרוג'לים הוא היענותם לגורמים שונים כמו טמפרטורה ו-pH. זיהומים כרוניים עלולים להגביר את ה-pH עקב עומס מיקרוביאלי, חוסר ויסות של איזון ההתחדשות-פירוק ותגובות מטבוליות משופרות של פירוק. בנוסף, כריתה כירורגית של חומר מפורק, כגון רקמה נמקית ומוגלה, עשויה להאיץ את מעבר ה-pH לערכים גבוהים יותר5. לכן, השימוש בהידרוג'לים רגישים ל-pH המסוגלים לחוש pH של זיהום כרוני הוא חיוני לפרוגנוזה של אוסטאומיאליטיס כרונית.

במחקר זה, אנו מציעים גישת אבחון וטיפול משולבת באמצעות מדבקת הידרוג'ל צבעונית מבנית חכמה, בעלת התכונות הנדרשות לטיפול באוסטאומיאליטיס כרונית כפי שמוצג באיור 1. הידרוג'לים סופרמולקולריים שמקורם בהרכבה של רשתות פולימרים סופרמולקולריות הם חומרים אטרקטיביים הדומים למטריצה החוץ-תאית הטבעית (ECM). בשל תכונותיהם המצוינות, כולל חוזק מכני מתאים, ריפוי עצמי, תכונות אנטיבקטריאליות ואנטי דלקתיות, הידרוג'לים סופרמולקולריים מצאו יישומים רבים בתחום הביו-רפואי6. לעומת זאת, צבע מבני, כסוג של צבע המופק על ידי אינטראקציות ייחודיות של אור עם ננו-מבנים מחזוריים מהותיים, זכה לתשומת לב רבה בתחומים כמו תצוגות אופטיות, תוויות נגד זיוף ומכשירים אלקטרוניים לבישים. במיוחד, כאשר חומרי צבע מבניים בנויים מפולימרים מגיבים, ניתן להתאים את צבעם על ידי גירויים שונים באמצעות התרחבות או התכווצות של פולימרים אלה, מה שמרמז על הפוטנציאל של חומרים אלה כחיישנים. לכן, ניתן לדמיין כי שילוב הידרוג'לים סופרמולקולריים עם צבעים מבניים יספק אסטרטגיה ייחודית לבניית מדבקות הידרוג'ל חדשות לטיפול באוסטאומיאליטיס כרונית 7,8,9.

כאן, פיתחנו גישת אבחון וטיפול משולבת באמצעות מדבקת הידרוג'ל צבעונית מבנית אינטליגנטית (CPG) המורכבת מצ'יטוזן מעורב עם חומצה פנילבורונית (CSMA-PBA) כפיגום אבן אנטי-חלבוני, הידרוג'ל GelMA מגיב לטמפרטורה כמילוי, ועמוס בחומצה סליצילית (SA)10. בשל ההפיכות של קשרי מימן ואינטראקציות לא קוולנטיות בתוך הרשת, מדבקת ההידרוג'ל שהתקבלה לא רק הציגה תכונות מכניות מצוינות אלא גם בעלת יכולות ריפוי עצמי. יתר על כן, בשל נוכחותה של CSMA, מדבקת הידרוג'ל זו הפגינה גם פעילות ביולוגית אנטיבקטריאלית חזקה. בנוסף, תוך ניצול ההיענות התרמית של פולימר GelMA, מדבקת ההידרוג'ל יכולה לשחרר חומרים פעילים כאשר היא ממוקמת באתר הדלקת בטמפרטורה גבוהה יחסית. במקביל, בשל נוכחותם של קשרי אסטר בורונאט ב-CSMA-PBA, ההידרוג'ל הגיב לשינויים ב-pH11 הסביבתי. בהתבסס על יתרונות אלה, הראינו כי מדבקת ההידרוג'ל העל-מולקולרית המבנית המוצעת יכולה לטפל באוסטאומיאליטיס כרונית על ידי ויסות הביטוי של גורמים דלקתיים, פעילות אנטיבקטריאלית וקידום אנגיוגנזה. יש לציין כי מדבקת ההידרוג'ל נהנית מהתכונות האופטיות הייחודיות של פיגום האבן האנטי-חלבוני, ואף יכולה להפגין יכולת שינוי צבע בתגובה לגירוי טמפרטורה, מה שמדגים פוטנציאל משמעותי בניטור וניהול אוסטאומיאליטיס כרונית והנחיית טיפול קליני.

פרוטוקול

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

כל ההליכים אושרו על ידי ועדת האתיקה הרפואית ובוצעו בהתאם להנחיות לטיפול ושימוש בחיות מעבדה (פרסום NIH מס' 80-23, מתוקן ב-1978). חולדות Sprague-Dawley זכרות (בנות 8 שבועות) שימשו בניסויים.

הכנת תבניות גביש קולואידיות סיליקה (SCC)
SCCs הוכנו כמתואר קודם לכן 12,13,14. שקופיות זכוכית מנוקות ומטופלות בפלזמה הוטבלו בתמיסה של 5% של ננו-חלקיקי סיליקה חד-דיספרסיים (קוטר 12 ננומטר) המפוזרים במים נטולי יונים. התמיסה ערבבה ברציפות בטמפרטורת החדר (25 מעלות צלזיוס) למשך שעה אחת כדי להבטיח פיזור אחיד של ננו-חלקיקי סיליקה. המגלשות הוסרו מהתמיסה ויובשו באוויר במשך שעה בטמפרטורת החדר. תהליך הייבוש היה קריטי כדי להבטיח היצמדות נכונה של הננו-חלקיקים על פני שקופיות הזכוכית. לאחר ייבוש באוויר, המגלשות הוכנסו לתנור מאוורר בטמפרטורה של 60 מעלות צלזיוס למשך יומיים כדי לאדות את כל הממס שנותר ולהקל על היווצרות גבישים קולואידים. במהלך אידוי זה, המגלשות מוקמו בזווית של 45 מעלות כדי לקדם את היווצרותם של מערכי גביש קולואידיים מסודרים. מערכי הגביש הקולואידים המסודרים התאפיינו בהרכבה עצמית והציגו צבעים מבניים שונים בהתאם למרווח בין החלקיקים. מערכים אלה שימשו לאחר מכן כתבניות לייצור מדבקות הידרוג'ל לאחר מכן.

הכנת אבחון וטיפול משולב מדבקות הידרוג'ל צבעוניות מבניות אינטליגנטיות (CPG)
פיגומי אבן אנטי-חלבונים שוכפלו מהחללים של תבניות גביש קולואידיות סיליקה (SCC). שקופיות זכוכית מנוקות הוטבלו תחילה בתמיסה של 5% של ננו-חלקיקי סיליקה חד-דיספרסיים (קוטר 12 ננומטר) במים נטולי יונים, והתמיסה ערבבה בטמפרטורת החדר (25 מעלות צלזיוס) למשך שעה אחת כדי להבטיח פיזור אחיד של הננו-חלקיקים על פני השטח. תהליך הערבוב היה חיוני למניעת היווצרות אגרגטים ולהבטיח פיזור הומוגני של ננו-חלקיקים. לאחר הטבילה, השקופיות יובשו באוויר למשך שעה בטמפרטורת החדר (RT), ולאחר מכן ייבוש בתנור בטמפרטורה של 60 מעלות צלזיוס למשך יומיים כדי להקל על אידוי הממס ולקדם את ההרכבה העצמית של ננו-חלקיקי הסיליקה למערכי גביש קולואידים מסודרים היטב. במהלך האידוי, המגלשות מוקמו בזווית של 45 מעלות כדי להקל על יישור הננו-חלקיקים, ולקדם את היווצרות מערך מחזורי עם מרחקים בין-חלקיקים מבוקרים. מערך מסודר זה הציג צבע מבני, מאפיין אופייני לגבישים הקולואידים, ושימש כתבנית למבנה ההידרוג'ל שלאחר מכן.

לאחר מכן הושרו ה-SCCs המוכנים בתמיסת ה-CPG pre-gel, שהורכבה מ-GelMA בריכוז של 10% w/v מומס בתמיסת מלח עם חוצץ פוספט (PBS). הדגימות הושארו למשך 5 דקות בטמפרטורת החדר (RT) כדי להבטיח חדירה יסודית של ה-GelMA לחללים שבין ננו-חלקיקי הסיליקה, מה שמבטיח פיזור אחיד בתוך מבנה התבנית. שלב זה היה קריטי כדי להבטיח שמטריצת ההידרוג'ל תשולב באופן שווה בתבנית ושמבנה ההידרוג'ל הסופי ישחזר את סידור הננו-חלקיקים המסודר של ה-SCC. לאחר ההשריה, תמיסת הפרה-ג'ל עברה פולימור באור UV (365 ננומטר) בעוצמה של 3 mW/cm2 למשך 5 דקות. חשיפה זו ל-UV החלה את הקישור הצולב של GelMA, ומצקה את מטריצת ההידרוג'ל. זמן ועוצמת החשיפה עברו אופטימיזציה בקפידה כדי להשיג קישור צולב מספיק מבלי לחשוף יתר על המידה את ההידרוג'ל, מה שעלול להוביל לג'לציה מוגזמת או לאובדן מבנה התבנית.

אפיון CPG
מורפולוגיה חתך של ההידרוג'ל נצפתה באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) עם מתח תאוצה של 5 קילו וולט לאחר ציפוי הדגימות (1 מ"מ על 1 מ"מ) בזהב15. זה איפשר לנו לדמיין את המבנה הננו-נקבובי ולאשר את האחידות של רשת ההידרוג'ל. התנהגות הנפיחות הוערכה על ידי טבילה של 10 מ"ג דגימות הידרוג'ל ב-10 מ"ל של PBS במרווחי זמן שונים (0, 30, 60, 120 ו-180 דקות). אחוז הנפיחות חושב על ידי מדידת הגידול בנפח ההידרוג'ל לאורך זמן, מה שסיפק תובנה לגבי יכולתו של ההידרוג'ל לספוג מים בתנאים שונים. הניתוח הריאולוגי בוצע באמצעות ריאומטר עם מתח של 1%, תוך שימוש בתדרים זוויתיים הנעים בין 1 rad/s ל-100 rad/s כדי למדוד מודול אחסון (G') ומודול אובדן (G'). שלב זה היה חיוני להבנת התכונות המכניות של ההידרוג'ל, כולל התנהגותו הויסקו-אלסטית תחת לחץ. תכונות דבק הגזירה הוערכו באמצעות מכונת בדיקת מתיחה אוניברסלית (Instron) בעקבות ASTM F2255-05 (2015) במהירות של 10 מ"מ לדקה ועומס מוקדם של 0.01 N כדי להעריך את יכולתו של ההידרוג'ל להיצמד לרקמות ביולוגיות. שחרור התרופה הוערך באמצעות ספקטרופוטומטר UV על ידי ניטור הספיגה ב-λ = 280 ננומטר לאחר טבילת ההידרוג'ל ב-5 מ"ל של PBS (pH 7.4). השחרור כומת באמצעות עקומה סטנדרטית של ריכוזי חומצה סליצילית כדי לאשר את יכולות השחרור המבוקר של ההידרוג'ל CPG. לבסוף, הידרוג'לים הוטבלו בתמיסות חיץ של pH 4.5 ו-7.2 למשך 30 דקות כדי להעריך את תגובת ה-pH, תוך התבוננות בשינויים בנפח ובמראה בתנאי pH שונים16.

תגובת טמפרטורה ו-pH של מדבקות CPG
מדבקות CPG (בקוטר של כ-2 מ"מ) הונחו בתמיסת חיץ של 5 מ"ל עם pH 7.2 ונשמרו על 37 מעלות צלזיוס באמצעות אמבט מים מבוקר טמפרטורה למשך 30 דקות כדי לחקות תנאים פיזיולוגיים. ספקטרום ההחזר נמדד באמצעות ספקטרופוטומטר UV-Vis באורכי גל הנעים בין 400 ננומטר ל-800 ננומטר. לאחר מדידות ראשוניות, המדבקות הועברו לתמיסות חיץ עם ערכי pH שונים (למשל, pH 4.5, 7.2 ו-9.0) ונשמרו על 37 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות. התגובה למיקרו-סביבה, כולל כל שינוי צבע, נצפתה באופן ויזואלי, וספקטרום החזר נרשם שוב כדי לנתח את שינוי הצבע. תגובת טמפרטורה ו-pH זו מספקת מידע רב ערך על האופן שבו ההידרוג'ל מגיב לשינויים בסביבת הפצע.

בדיקות אנטיבקטריאליות במבחנה
בדיקות אנטיבקטריאליות בוצעו באמצעות נהלים סטנדרטיים. זני Staphylococcus aureus (S. aureus, ATCC 25923) ו-Escherichia coli (E. coli, ATCC 53868) שימשו להערכת הפעילות האנטיבקטריאלית של מדבקות CPG. זני ייחוס סטנדרטיים אלה נרכשו מאוסף תרביות הסוג האמריקאי (ATCC) ושימשו כזני בקרת איכות (QC) כדי לאמת את נהלי הבדיקה האנטי-מיקרוביאלית. בדיקת רגישות אנטי-מיקרוביאלית בוצעה בשיטת דילול מיקרו-מרק על פי הנחיות CLSI M100. תרחיפי החיידקים הוכנו במרק מולר-הינטון, מדיום סטנדרטי לבדיקות אנטי-מיקרוביאליות. העכירות הותאמה לתקן של 0.5 מקפרלנד, שווה ערך לכ-1.5 ×-108 CFU/mL. לאחר מכן חוסנו התרחיפים במדבקות CPG (קוטר 2 מ"מ), שהוכנו במים נטולי יונים או במאגר pH 6.0 2-(N-morpholino) חומצה אתאנסולפונית (MES) (10 מ"מ). המדבקות נוספו לתרחיפים החיידקיים ביחס של טלאי אחד לכל 1 מ"ל תרבית. המתלים הודגרו ב-37 מעלות צלזיוס למשך 24 שעות. לאחר הדגירה, צמיחת החיידקים הוערכה על ידי ציפוי דילולים סדרתיים של התרביות על אגר נוטריינטים, ויחידות יוצרות מושבה (CFUs) נספרו לאחר דגירה של 24 שעות ב-37 מעלות צלזיוס. הליך זה סיפק מדד כמותי ליעילות אנטיבקטריאלית.

הערכת תאימות ביולוגית
ניסויים נערכו כמתואר קודם לכן. מדבקות CPG עובדו על ידי דיאליזה ב-PBS (pH 7.4) למשך 4 שעות, ולאחר מכן עיקור אתנול (70%) למשך 10 דקות וחיטוי UV (365 ננומטר) למשך 30 דקות כדי להבטיח שכל המזהמים הביולוגיים יוסרו. תאי L929 (ATCC CCL-1) תורבו במדיום DMEM בתוספת 10% סרום בקר עוברי (FBS) ו-1% פניצילין-סטרפטומיצין ב-37 מעלות צלזיוס עם 5% CO2 לשמירה על כדאיות התאים. התאים נזרעו בצלחות של 24 בארות ב-2 ×-105 תאים למ"ל, עם או בלי טלאי CPG (קוטר 2 מ"מ), בשלוש עותקים. התאים חולקו לשלוש קבוצות ניסוי: קבוצת ביקורת ריקה, קבוצת CPG וקבוצת CPG (MES). לאחר 24 שעות, כדאיות התאים הוערכה באמצעות בדיקת MTT, שיטה מקובלת להערכת פעילות מטבולית בתאים. עבור בדיקת MTT, 20 מיקרוליטר MTT (5 מ"ג/מ"ל) נוספו לכל באר, ולאחר מכן דגירה ב-37 מעלות צלזיוס למשך 4 שעות. לאחר הדגירה הוסר המדיום, ונוספו 150 מיקרוליטר של DMSO כדי להמיס את גבישי הפורמזן שנוצרו על ידי התאים החיים. הספיגה נמדדה ב-570 ננומטר באמצעות קורא מיקרו-פלטות כדי לכמת את מספר התאים הקיימאים. גישה זו הבטיחה הערכה אמינה של הציטוטוקסיות והתאימות הביולוגית של מדבקות ההידרוג'ל.

פעילות אנטי דלקתית
הפעילות נוגדת החמצון של CPG הוערכה באמצעות ערכת בדיקת ROS. תאי L929 (ATCC CCL-1) תורבבו במדיום DMEM בתוספת 10% סרום בקר עוברי (FBS) והודגרו ב-37 מעלות צלזיוס עם 5% CO2 למשך 24 שעות כדי לאפשר חיבור תאים והתפשטות ראשונית. כדי לגרום לעקה חמצונית, התאים טופלו במי חמצן של 3 מיקרוגרם/מ"ל (H2O2) למשך 12 שעות. לאחר השראת מתח חמצוני, תמצית הידרוג'ל (שהוכנה על ידי המסת 1 מ"ג הידרוג'ל CPG ב-1 מ"ל של מדיום DMEM) נוספה לתאים. התאים הודגרו למשך 12 שעות נוספות כדי לאפשר את ההשפעות נוגדות החמצון הפוטנציאליות של הידרוג'ל CPG. לאחר מכן, התאים נצבעו בתמיסת 10 מיקרומטר DCFH-DA (מדוללת במדיום DMEM) והודגרו בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס למשך 20 דקות. DCFH-DA היא בדיקה פלואורסצנטית המשמשת לאיתור מיני חמצן תגובתיים (ROS) בתוך התאים. לאחר הצביעה, התאים נשטפו ב-PBS, ותמונות פלואורסצנטיות נלכדו באמצעות מיקרוסקופ פלואורסצנטי באורך גל עירור של 485 ננומטר ואורך גל פליטה של 530 ננומטר. עוצמת הקרינה הירוקה נמצאה בקורלציה הפוכה עם הפעילות נוגדת החמצון של ההידרוג'ל, מה שמספק הערכה חזותית של יכולתו של ההידרוג'ל להפחית מתח חמצוני בתאים.

חולדה אוסטאומיאליטיס מודל בעלי חיים
הוקם מודל אוסטאומיאליטיס כרונית: חולדות ספראג-דולי זכרות (בנות 8 שבועות) הורדמו באמצעות איזופלורן (2-3% בחמצן) כדי להבטיח שהן יישארו ללא תנועה וללא כאבים במהלך הניתוח. בוצע חתך של 2 ס"מ בהיבט הצדדי של עצם הירך השמאלית, ומחט סטרילית של 27-G שימשה להזרקת 1 107 CFU של S. aureus ישירות לאזור הטרבקולרי של עצם הירך. ההזרקה בוצעה לחלל מח העצם של עצם הירך כדי לגרום לזיהום בחלל מח העצם, האתר העיקרי לאוסטאומיאליטיס. החיידקים הועברו לאט כדי להבטיח שקיעה נכונה בתוך מח העצם. לאחר 10 ימים, החולדות הומתו באמצעות שאיפתCO2 , ועצם הירך הנגועה נותחה בקפידה. רקמת גרנולציה נכרתה מאתר ההדבקה והוטמעה מיד ב-4% פרפורמלדהיד למשך 24 שעות כדי לשמור על שלמות הרקמה. לאחר הקיבוע, רקמת העצם פוזרה באמצעות חומר מסיר אבדן (למשל, EDTA) למשך 48-72 שעות, תלוי בגודל העצם, כדי לאפשר חתך נכון לניתוח היסטולוגי ואימונוהיסטוכימי. לאחר מכן דגימות העצם שעברו הסרת אבדן עובדו לבדיקה היסטולוגית, אימונוהיסטוכימיה (IHC) וצביעה אימונופלואורסצנטית. לניתוח PCR כמותי בזמן אמת (qPCR), רקמת גרנולציה אוחסנה ב-80 מעלות צלזיוס לצורך מיצוי RNA לאחר מכן, מה שמאפשר ניתוח של פרופילי ביטוי גנים הקשורים לדלקת, התחדשות עצם ותגובות חיסוניות

הערכת טיפול באוסטאומיאליטיס in vivo
רקמת הגרנולציה הוטמעה בפרפין ונחתכה ב-5 מיקרומטר באמצעות מיקרוטום. החלקים נצבעו בצביעה טריכרומית של מאסון (15 דקות עם המטוקסילין, שעה אחת עם כחול אנילין) כדי להעריך את שקיעת הקולגן ועיצוב מחדש של הרקמות. צביעת המטוקסילין ואאוזין (HE) (5 דקות עם המטוקסילין, 2 דקות עם אאוזין) שימשה לצפייה במורפולוגיה כללית של רקמות ודלקת. אימונוהיסטוכימיה (IHC) עם אנטי-CD31 (1:100) ואנטי-EGF (1:200) בוצעה במשך שעה אחת ב-37 מעלות צלזיוס, ולאחר מכן דגירה משנית של נוגדנים בטמפרטורת החדר (RT) למשך 30 דקות באמצעות IgG נגד עכבר או IgG נגד ארנב (מדולל 1:200), בהתאם לנוגדנים העיקריים בהם נעשה שימוש, כדי להעריך אנגיוגנזה וביטוי גורמי גדילה. צביעה אימונופלואורסצנטית בוצעה עם אנטי-VEGF (1:100) ואנטי-bFGF (1:200) למשך שעה אחת ב-37 מעלות צלזיוס, ולאחר מכן דגירה משנית של נוגדנים למשך 30 דקות ב-RT. נצפו חתכים לביטוי CD31, EGF, VEGF ו-bFGF באמצעות מיקרוסקופ פלואורסצנטי. לניתוח PCR כמותי בזמן אמת (qPCR), ביטוי mRNA של ציטוקינים פרו-דלקתיים (TNF-α, IL-1β ו-IL-6) נותח לאחר מיצוי RNA עם RNAiso Plus וסינתזת cDNA באמצעות ערכת ריאגנטים PrimeScript RT. PCR בוצע באמצעות SYBR Green PCR Master Mix כדי להעריך כמותית את התגובה הדלקתית ברמה המולקולרית.

אמצעי בקרת איכות
כדי להבטיח את האמינות והשחזור של תוצאות הניסוי, כל ההליכים בוצעו על פי פרוטוקולים סטנדרטיים. כל ניסוי כלל קבוצות ביקורת מתאימות, כגון בקרות ריקות (חולדות שנדבקו ב-S. aureus אך לא קיבלו טיפול), קבוצות ביקורת (חולדות שעברו הליכים כירורגיים ללא זיהום חיידקי וללא טיפול), וקבוצות טיפול השוואתי (חולדות שקיבלו טיפולים שונים לאוסטאומיאליטיס, כגון אנטיביוטיקה או תרופה ניסיונית), כדי למזער את השונות. כל הבדיקות בוצעו בשלוש פעמים כדי להבטיח עקביות ולהפחית את ההטיה הניסויית. כל קבוצה הכילה 6 חולדות כדי להבטיח מובהקות סטטיסטית. מכשירים, כולל ספקטרופוטומטר UV-Vis, ריאומטר ובודק מתיחה, כוילו באופן שגרתי לפני השימוש בהתאם למפרט היצרן. תרביות חיידקים ותאים הוכנו בתנאים סביבתיים מבוקרים בארון בטיחות ביולוגית, ונהלי צביעה בוצעו תוך שימוש בפרוטוקולים עקביים כדי להבטיח שחזור. רכישת הנתונים בוצעה עם הגדרות מיקרוסקופ מאוחדות כדי למזער את השונות בין הדגימה ולהבטיח מדידה מדויקת.

ניתוח סטטיסטי
ניתוח סטטיסטי בוצע באמצעות GraphPad Prism (גרסה 8.0). הנתונים מוצגים כממוצע ± סטיית תקן (SD). להשוואה בין מספר קבוצות, נעשה שימוש בניתוח שונות חד כיווני (ANOVA) ואחריו מבחן הפוסט-הוק של טוקי כדי להעריך הבדלים בתכונות מכניות, התנהגות תרמו-רספונסיבית, פעילות אנטיבקטריאלית וכדאיות התא. מבחן ה-t של התלמיד שימש להשוואות זוגיות כאשר הושוו רק שתי קבוצות, כמו במקרה של השוואת שיאי ההשתקפות של מדבקות CPG בערכי pH שונים או שינויי טמפרטורה. P < 0.05 נחשב מובהק סטטיסטית עבור כל הניתוחים. כל הניסויים בוצעו בשלוש עותקים כדי להבטיח עקביות ושחזור של התוצאות.

תוצאות

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

ייצור ואפיון של מדבקות CPG (איור 1)
בניסוי טיפוסי, ננו-חלקיקי סיליקה חד-דיספרסיים הורכבו בעצמם באמצעות אידוי ממס ליצירת מערכים צפופים, וכתוצאה מכך נוצרו ציפויי צבע מבניים (SCCs)17,18,19, ששימשו לאחר מכן ליצירת כתמי הידרוג'ל צבעוניים רב-תכליתיים, כפי שמוצג באיור 1. התהליך כלל החדרה של תמיסת פרה-ג'ל לתוך המרווחים הננומטריים של ה-SCCs באמצעות פעולה נימית. לאחר מכן נעשה שימוש בפילמור UV ליצירת הסרט ההיברידי של SCCs והידרוג'ל. לאחר חריטת ה-SCC, התקבל פיגום אבן אנטי-חלבוני הפוך עם מבנה נקבובי מחזורי. לבסוף, ההידרוג'ל GelMA המגיב תרמית מולא לתוך הרווחים בקנה מידה ננומטרי של פיגום האבן האנטי-חלבוני, ואחריו ריפוי, כדי ליצור את מדבקות ה-CPG העצמאיות.

רשת הקישור החזקה של ההידרוג'ל העניקה תכונות מכניות מצוינות למדבקות ה-CPG. נצפה כי המדבקות היו קשיחות מספיק כדי לעמוד במתיחה מבלי לגרום נזק וניתן היה למתוח אותן עד פי 2.5 מאורכן המקורי. חשוב לציין, טלאי ה-CPG הציגו צבעים מבניים מרהיבים ועברו שינויי צבע דינמיים במהלך המתיחה, תכונה ייחודית הנובעת מהסידור המחזורי של ננו-מבנים מסדר גבוה בתוך הטלאים. ננו-מבנים אלה יוצרים פערי פס פוטוניים (PBGs), שבהם אור באורכי גל מסוימים בתוך ה-PBG מוחזר באופן סלקטיבי ולא מועבר, ומעניק לכתמי ה-CPG את הצבעים המבניים האופייניים להם ואת שיאי ההשתקפות.

ניתן להעריך את מיקום שיא ההשתקפות של תיקון ה-CPG על ידי המשוואה20:

λ = ממוצע 1.633dn

כאשר d הוא המרחק בין מישורי עקיפהוממוצע n הוא מקדם השבירה הממוצע של החומר, המחושב כממוצע מדדי השבירה של הרכיבים, כולל הידרוג'ל GelMA וחומרים אחרים המשמשים במדבקה. משוואה זו מציעה שככל שהתיקון נמתח ו-d יורד, אורך גל ההשתקפות יורד, מה שמוביל לשינוי כחול בצבע המבני של התיקון. חוזק המתיחה של המדבקות נבדק גם הוא, ונמצא כי יכולת המתח של המדבקות פחתה עקב מילוי ההידרוג'ל של GelMA לתוך הרווחים הננומטריים של פיגום האבן האנטי-חלבוני. העיוות של מדבקות ה-CPG בעת מתיחה מציע אמצעי רגיש ביותר לגילוי מתח, מה שהופך אותם למתאימים ליישומים הדורשים ניטור מכני.

התנהגות רספונסיבית תרמית ורגישה ל-pH של מדבקות CPG (איור 2)
מדבקות ה-CPG הפגינו תכונות תרמו-רספונסיביות יוצאות דופן הודות להידרוג'ל GelMA. עם העלאת טמפרטורת הסביבה ל-37 מעלות צלזיוס, ההידרוג'ל עבר התכווצות, שחרור מולקולות מים ומטען טעון. הצטמקות זו הביאה להפחתת גודל הננו-נקבוביות בתוך כתמי ה-CPG, שינוי ה-PBG שלהן וכתוצאה מכך לשינוי ספקטרום ההשתקפות. איור 2 ממחיש את ההתנהגות הזו, ומראה כיצד הצבע המבני של הכתמים משתנה בתגובה לשינויים בטמפרטורה וב-pH.

כדי לאשר תצפיות אלה, מדבקות ה-CPG הונחו בסביבת פצע זיהום כרוני מדומה ב-37 מעלות צלזיוס ו-pH 7.2. ככל שה-pH של התמיסה עלה, נצפה שינוי כחול בשיא ההשתקפות של כתמי ה-CPG, מה שמצביע על כך שגודל הננו-נקבוביות פחת. לעומת זאת, כאשר ה-pH ירד, הכתמים הראו הסטה לאדום, המקבילה להתרחבות של הננו-נקבוביות. התנהגות רגישה זו ל-pH יוחסה להידרוליזה של קשרי אסטר בורונאט ב-CSMA-PBA בתנאים חומציים, מה ששבר את הקשרים והביא להסטה לאדום של צבע המבנה. עם זאת, כאשר ה-pH היה בסיסי, לא נצפה שינוי צבע משמעותי, המעיד על יציבות הכתמים בתנאים בסיסיים. ממצאים אלה מצביעים על כך שניתן להשתמש במדבקות ה-CPG כדי לנטר הן את שינויי הטמפרטורה והן את ה-pH בסביבות הפצע, דבר חיוני לניהול יעיל של פצעים.

פעילות אנטיבקטריאלית של מדבקות CPG (איור 3)
התכונות האנטיבקטריאליות של מדבקות ה-CPG הוערכו על ידי תרבית משותפת שלהן עם S. aureus ו-E. coli. איור 3A,B מראה כי מדבקות ה-CPG הפחיתו משמעותית את צמיחת החיידקים, ומדגימות את תכונותיהם האנטי-בקטריאליות היעילות. יעילות אנטיבקטריאלית זו יוחסה לאינטראקציה האלקטרוסטטית בין משטח ה-CMCSMA הטעון חיובית של המדבקות לבין דפנות תאי החיידקים הטעונים שלילית21. אינטראקציה זו שיבשה את מבנה קרום החיידקים, והובילה למוות חיידקים. הקבוצות הקטיוניות של CMCSMA יכולות להיקשר לרכיבים אניוניים בקרום החיידקים, מה שמוביל לדפולריזציה של הממברנה ולחדירות מוגברת22. יתרה מכך, בשל גודלו המולקולרי הקטן יחסית והשרשראות הפולימריות הגמישות, CMCSMA יכול לחדור לשכבת השומנים בצורה יעילה יותר, לגרום לדליפה של חומרים תוך תאיים ולהפריע לפעילות המטבולית. גודלן הקטן של מולקולות CMCSMA הקל עוד יותר על חדירתן לקרום התא החיידקי, שם הן קיימו אינטראקציה עם ביומולקולות חיוניות, ושיבשו את חילוף החומרים החיידקי ומערכות האנזימים23. בנוסף, בהתחשב ביכולת יצירת הביופילם החזקה של S. aureus, ראוי לציין כי חומרים מבוססי צ'יטוזן כמו CMCSMA דווחו כמשבשים ביופילמים חיידקיים על ידי חדירה למטריצת החומר הפולימרי החוץ-תאי (EPS) והפרעה לשלמותו. זה מאפשר לחומרים האנטיבקטריאליים לגשת ולהרוג חיידקים המוטמעים בתוך ביופילמים, העמידים בדרך כלל לאנטיביוטיקה קונבנציונלית24,25. כפי שמוצג באיור 3A, ההשוואה החזותית של מושבות חיידקים מדגימה בבירור ירידה משמעותית לאחר טיפול במדבקות CPG, ומדגישה את פעילותן החיידקית היעילה ואת הפוטנציאל המבטיח שלהן לשימוש בסביבות פצעים מועדות לזיהום.

פונקציונליות ביולוגית של מדבקות CPG (איור 4)
מדבקות ה-CPG הראו פונקציונליות ביולוגית משמעותית בנוסף לתכונות האנטיבקטריאליות שלהן. איור 4C,D מראה שהטלאים נקו ביעילות מיני חמצן פעילים (ROS) בתוך התאים, כפי שמצוין על ידי הירידה באות הקרינה הירוק בקבוצת CPG. ניקוי ROS חיוני בריפוי פצעים, מכיוון שייצור מוגזם של ROS עלול לפגוע בהתחדשות הרקמות. הכדאיות של תאי אנדותל וריד טבורי אנושי (HUVECs) שתרבית משותפת עם מדבקות CPG הוערכה באמצעות צביעת כדאיות, כפי שמוצג באיור 4A. התוצאות הצביעו על כך שרוב התאים היו חיים, עם רק חלק קטן של תאים מתים, מה שמרמז על כך שמדבקות ה-CPG מקדמות את כדאיות התאים ותומכות בשגשוג התאים.

איור 4B מציג את התוצאות של בדיקת MTT, שהראתה כי מדבקות ה-CPG קידמו באופן משמעותי את התפשטות התאים. יתר על כן, איור 4F,G הראה כי מדבקות ה-CPG שיפרו את האנגיוגנזה על ידי קידום הביטוי של גורם גדילה אנדותל כלי דם (VEGF) וגורם גדילה פיברובלסטים בסיסי (bFGF), שהם קריטיים לשגשוג תאי אנדותל ויצירת כלי דם חדשים. תוצאות אלו מדגישות את הפוטנציאל של מדבקות ה-CPG לא רק למנוע זיהום אלא גם לשפר את התחדשות הרקמות ולהאיץ את ריפוי הפצעים.

הערכה in vivo של מדבקות CPG (איור 5)
ניסויים in vivo שנערכו באמצעות מודל אוסטאומיאליטיס כרונית הראו כי מדבקות ה-CPG הפחיתו משמעותית זיהום ודלקת. איור 5A מציג ניתוח היסטולוגי (צביעת H&E), שבו קבוצת הביקורת הראתה דלקת אופיינית, הרס עצם, רקמה נמקית וחדירה גבוהה של תאי הגנה, בעוד שקבוצת הטיפול הראתה ירידה משמעותית בזיהום, דלקת וחדירה של תאי הגנה. בקבוצת ה-CPG נצפו נדידה מוגברת של אוסטאובלסטים, הפיכת אוסטאובלסטים לתאי עצם, היווצרות כלי דם, היווצרות עצם חדשה וזיהום מופחת, מה שמאשר עוד יותר את יעילותן של מדבקות ה-CPG בקידום התחדשות רקמות.

בנוסף, איור 5B מציג צביעת אנגיוגנזה, המאשרת כי מדבקות ה-CPG קידמו היווצרות כלי דם חדשים, שהיא קריטית לתיקון רקמות. ממצאים אלה מצביעים על כך שמדבקות ה-CPG ממלאות תפקיד כפול הן בשליטה על זיהום והן בקידום התחדשות רקמות, מה שהופך אותן למתאימות מאוד לריפוי פצעים כרוניים ויישומי התחדשות עצם.

figure-results-1
איור 1: הכנה ואפיון של מדבקת הידרוג'ל צבעונית מבנית (CPG). (A): תגובה בין CSMA ל-PBA; (B): תצלום של CPG, המדגים את שינוי הצבע בעת מתיחה; (C): אפיון SEM של CPG; (D): התנהגות נפיחות של CPG; (E): פרופיל השפלה של CPG; (F): קינטיקה לשחרור תרופות מ-CPG. סרגל קנה מידה: 100 ננומטר. פסי שגיאה מייצגים סטיית תקן (SD). שש חולדות שימשו בקבוצת הניסוי. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-results-2
איור 2: חישה חכמה של מדבקת CPG. (A): וריאציה של הצבע המבני של תיקון CPG עם שינויים בטמפרטורת הסביבה וב-pH; (B): ניתוח ספקטרלי של מדבקת CPG בטמפרטורות שונות; (C): ניתוח ספקטרלי של מדבקת CPG ברמות pH שונות. סרגל קנה מידה: 1 מ"מ. הנתונים מייצגים ± SD ממוצע, המנותחים באמצעות ANOVA חד כיווני עם מבחן הפוסט-הוק של Tukey. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-results-3
איור 3: פעילות אנטיבקטריאלית של מדבקת CPG. (A): תמונות מייצגות של תרבית משותפת של S. aureus ו-E. coli עם מדבקת CPG; (ב): ניתוח ערכי צפיפות אופטית (OD). סרגל קנה מידה: 5 מ"מ. פסי שגיאה מייצגים SD. מובהקות סטטיסטית נקבעה על ידי ANOVA חד כיווני עם מבחן הפוסט-הוק של Tukey. שישה שכפולים שימשו לכל קבוצה. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-results-4
איור 4: הערכה תפקודית ביולוגית של מדבקת CPG. (A): צביעת כדאיות של תאי HUVEC בתרבית משותפת עם מדבקת CPG למשך 48 שעות, המציגה תאים חיים (ירוק) ותאים מתים (אדום); (B): התפשטות תאים הנמדדת על ידי בדיקת MTT; (C): צביעת ROS של מדבקת CPG; (D): שיעור ניקוי DPPH בקבוצת VEGF; (E): ניתוח q-PCR של גורמים דלקתיים; (F): קידום אנגיוגנזה על ידי מדבקת CPG; (G): תוצאות כתם מערבי של ביטוי VEGF ו-bFGF; (H): ניתוח סטטיסטי של ערכי גווני אפור של VEGF ו-bFGF. סרגל קנה מידה: 100 מיקרומטר. פסי שגיאה מייצגים SD. הנתונים נותחו באמצעות ANOVA חד כיווני עם מבחן הפוסט-הוק של Tukey. שש חולדות שימשו בכל קבוצה. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-results-5
איור 5: ניסויים in vivo של מדבקת CPG. (א): הוא מכתים; (B): צביעת אנגיוגנזה. סרגל קנה מידה: 100 מיקרומטר. הנתונים מייצגים ± SD ממוצע, שנותחו על ידי ANOVA חד כיווני עם מבחן הפוסט-הוק של Tukey. כל קבוצה הכילה 6 בעלי חיים. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

דיון

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

ממצאי מחקר זה מדגימים את הרב-תכליתיות של מדבקות הידרוג'ל CPG, במיוחד מבחינת שינויי הצבע המבניים שלהן, רגישות לטמפרטורה, היענות pH ותכונות אנטי-מיקרוביאליות. מדבקות הידרוג'ל אלו יכולות לעבור שינויי צבע מבניים גלויים כאשר הן נתונות לעיוות מכני, ומציעות מנגנון רגיש ביותר לניטור מתח. תכונה זו מתיישבת עם מחקרים קודמים שחקרו צבע מבני בחומרים ליישומי חיישנים, שבהם שינויי צבע כאלה משמשים כאינדיקטורים למתח או לחץ26,27. המחקר שלנו מרחיב את הממצאים הללו על ידי שימוש בשינויי צבע אלה כאמצעי לא פולשני לניטור מתח פצעים, החיוני להערכת ריפוי פצעים בזמן אמת. היכולת לנטר זנים מכניים כאלה מספקת מידע קריטי לרופאים, ועשויה לסייע בזיהוי סימנים מוקדמים לסיבוכים, כגון פירוק תפרים, ובכך לתמוך בהתערבויות ממוקדות יותר ובזמן. חשוב לציין, הקריאה האופטית מספקת מנגנון חישה ישיר ואינטואיטיבי ללא צורך בחשמל נוסף או התקני הדמיה, ומציעה פתרון ניטור מבוזר אידיאלי לטיפול בנקודת טיפול או לטיפול ביתי לאחר הניתוח.

ההתנהגויות המגיבות לחום ורגישות ל-pH של מדבקות ההידרוג'ל CPG משפרות את הפוטנציאל שלהן לשימוש קליני. כאשר פצעים נרפאים, תנודות בטמפרטורה וב-pH הן שכיחות, במיוחד בנוכחות זיהום או דלקת28. ידוע כי טמפרטורות גבוהות וערכי pH משתנים באתר הפצע קשורים למצבים אלה. במחקר זה, מדבקות ה-CPG הראו רגישות לשינויים כאלה, מה שאפשר ניטור בזמן אמת של מצבי פצע מקומיים. לתכונה זו יש ערך מיוחד במסגרות קליניות, שבהן גילוי מוקדם של זיהום או דלקת חיוני לאופטימיזציה של אסטרטגיות טיפוליות. ניטור שינויים בטמפרטורה וב-pH חשוב במיוחד בניהול פצעים מכיוון שהם משמשים כסמנים ביולוגיים מוקדמים ולא פולשניים של מצב הפצע29. טמפרטורה גבוהה עשויה לאותת על תחילת הזיהום לפני הופעת התסמינים הקליניים, בעוד ששינויים לכיוון pH אלקליין מעידים לעתים קרובות על כרוניות, קולוניזציה מיקרוביאלית ופגיעה בריפוי. לעומת זאת, סביבות חומציות קשורות לפצעים חריפים ולפוטנציאל ריפוי טוב יותר24. לפיכך, שילוב אלמנטים המגיבים לטמפרטורה ול-pH בחבישות הפצע מאפשר התערבויות בזמן והערכה מתמשכת של התקדמות הריפוי, מה שיכול למנוע הידרדרות הפצע או התקדמות לזיהום מערכתי. היכולת של ההידרוג'ל להסתגל באופן דינמי לשינויים אלה מספקת גם כלי חדש לרופאים לנטר את מצב הפצע באופן רציף, ומציעה דיוק רב יותר במעקב אחר תהליך הריפוי. יתר על כן, היענות דינמית כזו מאפשרת שליטה מרחבית-זמנית על השחרור הטיפולי, ומבטיחה שהעברת התרופות מסונכרנת עם רמזים פתולוגיים, שהיא מטרת הליבה של ביו-חומרים חכמים מודרניים.

יתר על כן, התכונות האנטי-מיקרוביאליות של מדבקות ההידרוג'ל CPG הן קריטיות להפחתת העומס החיידקי באתר הפצע. צ'יטוזן, ששולב במבנה ההידרוג'ל, מוכר זה מכבר בשל תכונותיו האנטי-מיקרוביאליות, בשל אופיו הקטיוני, המאפשר אינטראקציות אלקטרוסטטיות עם דפנות תאי החיידקים הטעונים שלילית29. עם זאת, המנגנון האנטיבקטריאלי של חומרים מבוססי צ'יטוזן אינו מוגבל למשיכת מטען פשוטה. במגע עם ממברנות חיידקים, צ'יטוזן יכול להגביר את חדירות הממברנה, מה שמוביל לדליפה של תוכן תוך תאי כגון יוני אשלגן, חלבונים וחומצות גרעין. בנוסף, צ'יטוזן יכול לקלוט יוני מתכת דו-ערכיים (למשל, Ca2+ ו-Mg2+), ולשבש את פעילות האנזים ואת תפקודי חילוף החומרים. צ'יטוזן במשקל מולקולרי נמוך עשוי גם לחדור לדופן התא של החיידק ולהיקשר ל-DNA, ולעכב שעתוק mRNA וסינתזת חלבון. מנגנונים רב-פנים אלה תועדו בהרחבה. המבנה הנקבובי של פיגום ההידרוג'ל מגביר עוד יותר את ההשפעות הללו על ידי שיפור שטח הפנים ומגע החיידקים, וכתוצאה מכך יעילות אנטיבקטריאלית סינרגטית. מאפיין זה רלוונטי במיוחד לטיפול בזיהומים כרוניים, כגון אוסטאומיאליטיס, כאשר היווצרות ביופילם מסבכת את תהליך הריפוי25,30. תוצאות מחקר זה מוכיחות כי מדבקות ההידרוג'ל CPG היו יעילות בעיכוב צמיחת חיידקים, הפחתת העומס החיידקי באתר הפצע ויצירת סביבה נוחה יותר להתחדשות רקמות. פעילות אנטי-מיקרוביאלית זו, בשילוב עם תכונות אחרות של ההידרוג'ל, ממצבת את המדבקות כמועמדות מבטיחות לטיפול בפצעים כרוניים, שלעתים קרובות נגועים בזיהום חיידקי וריפוי מאוחר. בנוסף, על ידי עיכוב קולוניזציה של חיידקים מקומיים, ההידרוג'ל מונע בעקיפין את הוויסות של ציטוקינים פרו-דלקתיים הנמשכים לעתים קרובות בפצעים כרוניים נגועים, ובכך מקדם מיקרו-סביבה פרו-רגנרטיבית.

בעוד ש-ROS קשורים בדרך כלל לעקה חמצונית ולנזק לרקמות, ידוע כי ייצור מבוקר של ROS ממלא תפקיד מכריע בהדברת חיידקים. ROS, כגון רדיקלים הידרוקסיל ואניונים סופראוקסיד, יכולים לחמצן חלבונים חיידקיים, שומנים ו-DNA, מה שמוביל בסופו של דבר לקרע בקרום ולמוות של תאים. לכן, נוכחות ROS ברמות מתונות משמשת כמרכיב קריטי במנגנוני הגנה אנטי-מיקרוביאליים מולדים. בהקשר של אוסטאומיאליטיס כרונית, שבה נמשכים קולוניזציה של חיידקים והיווצרות ביופילם, חיסול פתוגנים הוא תנאי מוקדם להתחדשות משמעותית של רקמות. ההידרוג'ל CPG, על ידי דיכוי ROS מוגזם תוך שמירה על פעילות אנטיבקטריאלית יעילה באמצעות שיבוש ממברנה בתיווך CMCSMA וחדירת ביופילם, מציע גישה מאוזנת. פונקציה כפולה זו מבטיחה שהדלקת לא תתארך על ידי נוכחות חיידקית מתמשכת, מה שמאפשר מעבר מהפעלה חיסונית למיקרו-סביבה מתחדשת. לפיכך, במקום לנקות ללא הבחנה ROS, מערכת זו מווסתת את המיקרו-סביבה החמצונית כדי לתמוך הן בפינוי חיידקים והן בריפוי רקמות.

בנוסף לפעילות האנטי-מיקרוביאלית, מדבקות ההידרוג'ל CPG הפגינו פונקציונליות ביולוגית החיונית לתיקון והתחדשות רקמות31. בדיקות מבחנה הראו כי ההידרוג'ל תומך בכדאיות התאים ובהתפשטותם, כמו גם באנגיוגנזה. ממצאים אלה עולים בקנה אחד עם מחקרים קודמים שהדגישו את חשיבות האנגיוגנזה בריפוי פצעים32. אנגיוגנזה היא קריטית לאספקת חמצן וחומרים מזינים נאותים לרקמה הפצועה, מה שמקל על התחדשות הרקמות. בנוסף, ההשפעות הפרו-אנגיוגניות של ההידרוג'ל חשובות במיוחד לטיפול בפצעים כרוניים, שכן פצעים אלה סובלים לעתים קרובות מכלי דם לקויים, המעכבים את תהליך הריפוי33,34. על ידי קידום היווצרות כלי דם, ההידרוג'ל CPG לא רק תורם להתחדשות הרקמות אלא גם יוצר סביבה נוחה יותר להישרדות ארוכת טווח של רקמות שזה עתה נוצרו. יתר על כן, יכולתו של ההידרוג'ל לקדם נדידה והתמיינות של אוסטאובלסטים מוסיפה ערך משמעותי בהקשר של ריפוי עצם, במיוחד עבור חולים עם זיהומים כרוניים בעצמות או פגמים בעצמות35. שיפור האוסטיאוגנזה הוא דרך מבטיחה לשיפור התוצאות באוסטאומיאליטיס ובמצבי עצמות קשורים, שבהם הריפוי נפגע לעתים קרובות. פונקציונליות אוסטאואינדוקטיבית כזו, המשולבת עם בקרת זיהום מקומית, נותנת מענה לאתגר מרכזי בהנדסת רקמות שרירים ושלד: הצורך בפתרונות מתכנסים המקדמים הן הגנה אנטי-מיקרוביאלית והן התחדשות רקמות בפלטפורמה אחת.

תוצאות in vivo מאששות עוד יותר את הפוטנציאל הטיפולי של מדבקות ההידרוג'ל CPG, ומראות את יכולתן לתמוך בתיקון רקמות, להפחית זיהום ולקדם אוסטאוגנזה. במודלים של פצעים כרוניים, הידרוג'לים אלה הקלו ביעילות על סגירת הפצע והתחדשות הרקמות. במודלים של התחדשות עצם, ההידרוג'ל CPG קידם נדידה והתמיינות של אוסטאובלסטים, ושיפר את ריפוי העצם. ממצאים אלה עולים בקנה אחד עם אלה של מחקרים אחרים שחקרו אסטרטגיות ריפוי פצעים והתחדשות עצם מבוססות הידרוג'ל36. היכולת של מדבקות הידרוג'ל CPG לטפל בו זמנית בזיהום, לקדם אנגיוגנזה ולתמוך באוסטיאוגנזה מספקת פלטפורמה רבת עוצמה לטיפול מקיף בפצעים, מה שהופך אותו למועמד מבטיח לשימוש קליני.

למרות התוצאות המבטיחות הללו, ישנן מספר מגבלות למחקר הנוכחי. ראשית, בעוד שהמודלים in vitro ו-in vivo הראו תוצאות חיוביות, המחקרים הפרה-קליניים נערכו בעיקר במודלים של עכברים. בעוד שעכברים נמצאים בשימוש נרחב למחקרי ריפוי פצעים, ייתכן שהם לא ישחזרו באופן מלא את המורכבות של ריפוי פצעים אנושיים. לכן, יש צורך באימות נוסף במודלים גדולים יותר של בעלי חיים, כמו גם בניסויים קליניים בבני אדם, כדי לאשר את הבטיחות והיעילות של מדבקות הידרוג'ל אלה במסגרות קליניות בעולם האמיתי. שנית, למרות שההידרוג'לים של CPG הפגינו תכונות מכניות טובות ופונקציונליות ביולוגית בטווח הקצר, יציבותם לטווח הארוך והתנהגות הפירוק שלהם בגוף החי נותרו לא ברורים. הידרוג'לים יכולים להתפרק עם הזמן, ותוצרי הפירוק שלהם עלולים להשפיע על תהליך הריפוי או אפילו לגרום לתגובות שליליות. מחקרים עתידיים צריכים להתמקד באופטימיזציה של קצב הפירוק של הידרוג'לים אלה כדי להבטיח שהם מתפרקים בצורה מבוקרת, מבלי לשחרר תוצרי לוואי מזיקים. בנוסף, יש לחדד עוד יותר את השחרור המבוקר של חומרים ביו-אקטיביים המשולבים בהידרוג'ל כדי להבטיח השפעות טיפוליות מתמשכות לאורך זמן, במיוחד לטיפול בפצעים כרוניים.

בעוד שמחקר זה מתמקד בפיגום על-מולקולרי מבוסס הידרוג'ל, גישות חלופיות לטיפול באותה השערה טיפולית כוללות חיישנים ביולוגיים אלקטרוכימיים, מערכות פצע על שבב מיקרופלואידיות ותחבושות חכמות המשלבות רכיבים אלקטרוניים לחישה סביבתית. עם זאת, בניגוד לאותן טכנולוגיות הדורשות לעתים קרובות מקורות חשמל וממשקים מורכבים, מדבקת ההידרוג'ל שפותחה כאן מספקת פלטפורמה עצמאית הניתנת לפירוש חזותי ללא מכשור חיצוני, מה שהופך אותה לאטרקטיבית במיוחד עבור סביבות מוגבלות במשאבים.

חשיבותה של עבודה זו טמונה בפוטנציאל התרגום שלה. מעבר לאוסטאומיאליטיס, ניתן להתאים את פלטפורמת ה-CPG למצבים אחרים הקשורים לדלקת, כגון כיבים בכף הרגל הסוכרתית, זיהומים באתר הניתוח וניטור לאחר כריתת גידול. השילוב של פונקציות אבחנתיות וטיפוליות במטריצת הידרוג'ל אחת מציע הזדמנות ייחודית לפיתוח חבישות פצעים חכמות מהדור הבא. בנוסף, מערכת הצבעים המבנית מבוססת הגביש הפוטוני מציגה הזדמנויות לחישה ביולוגית קולורימטרית בזמן אמת הניתנת ליישום ברפואה מותאמת אישית. יתר על כן, המודולריות של תכנון ה-CPG מאפשרת הסתגלות לאינטגרציה עתידית עם תאי גזע, אקסוזומים או וקטורים להעברת גנים כדי להרחיב עוד יותר את יכולות ההתחדשות שלו, תוך יישור קו עם המסלולים הנוכחיים ברפואה רגנרטיבית מדויקת.

במבט קדימה, מחקר עתידי צריך להתמקד בכמה תחומים מרכזיים. ראשית, אופטימיזציה של ההרכב והמבנה של מדבקות ההידרוג'ל CPG תהיה חיונית לשיפור היציבות והביצועים שלהן לטווח הארוך. שינוי צפיפות ההצלבה ושילוב חומרים ביו-אקטיביים אחרים, כגון גורמי גדילה או ציטוקינים, יכולים לשפר את הפוטנציאל הטיפולי של ההידרוג'ל ליישומים קליניים ספציפיים. שנית, הרחבת מגוון היישומים של הידרוג'לים אלה מעבר לפצעים כרוניים לסוגים אחרים של התחדשות רקמות, כגון תיקון עצבים או סחוסים, יכולה להדגים עוד יותר את הרבגוניות שלהם. יש צורך במחקר כיצד ניתן להתאים הידרוג'לים CPG לסוגי פצעים ספציפיים, כגון כיבים סוכרתיים או פצעי לחץ, כדי להרחיב את היישום הקליני שלהם. שלישית, שילוב טיפולים מתקדמים, כגון טיפול בתאי גזע או טיפול גנטי, עם מדבקות הידרוג'ל עשוי לשפר את תכונות ההתחדשות שלהם, ולאפשר טיפולים מקיפים ויעילים יותר. לבסוף, יהיה צורך בניסויים קליניים רב-מרכזיים בקנה מידה גדול ומחקרי יישומים בעולם האמיתי כדי להעריך את הבטיחות, יכולת הייצור, תאימות המשתמשים והמוכנות הרגולטורית של פלטפורמת ה-CPG, ובכך לתמוך בתרגום הקליני שלה בסופו של דבר.

לסיכום, מדבקות הידרוג'ל CPG מייצגות פלטפורמה מבטיחה לטיפול מתקדם בפצעים והתחדשות רקמות. היכולת שלהם לנטר מתח פצעים, להגיב לשינויי טמפרטורה ו-pH, להפגין תכונות אנטי-מיקרוביאליות ולקדם התחדשות רקמות מציעה גישה רב-צדדית לטיפול בפצעים כרוניים. בעוד שהתוצאות ממחקרים פרה-קליניים מעודדות, יש צורך באופטימיזציה נוספת ואימות קליני כדי לממש את מלוא הפוטנציאל של מדבקות הידרוג'ל אלה במסגרות קליניות. כיווני מחקר עתידיים צריכים לכלול שיפורים בהרכב החומרים, יישומים רחבים יותר, אינטגרציה עם אסטרטגיות טיפוליות מתקדמות וניסויים קליניים כדי לבסס את יעילותם ובטיחותם בבני אדם.

בניסוי זה, השתמשנו בשילוב של מתיל CSMA-PBA כפיגום אופל הפוך, הידרוג'ל GelMA מגיב לטמפרטורה כמילוי, והעמסנו אותו ב-SA כדי ליצור מדבקת הידרוג'ל צבעונית מבנית חכמה משולבת CPG. תוצאות הניסוי מדגימות כי מדבקת הידרוג'ל זו מציגה תכונות מכניות מצוינות וחוזק דבק. זה יכול לעכב צמיחת חיידקים, לווסת משמעותית את הביטוי של גורם גדילה אנדותל כלי דם, ולווסת את רמות הגורמים הדלקתיים, ובכך לספק סיכויים קליניים משמעותיים לטיפול ב-COM. יתרה מכך, חשוב לציין, בהתבסס על יכולתו של CPG לזהות שינויים בטמפרטורה וב-pH באתר הזיהום, הוא ממלא תפקיד ניטור בהתאוששות לאחר הניתוח של אוסטאומיאליטיס כרונית.

גילויים

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

המחברים מצהירים שאין ניגודי אינטרסים הקשורים למחקר זה. לא היו קשרים כספיים או אישיים שיכלו להשפיע על העבודה המוצגת בכתב יד זה. המחברים מאשרים כי לא נעשה שימוש בכלי בינה מלאכותית במהלך הכנת כתב היד הזה. כל המחברים אישרו את הגרסה הסופית של כתב היד להגשה.

תודות

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

עבודה זו נתמכה על ידי קרן המחקר המדעי של ועדת הבריאות הלאומית - תוכנית המדע והטכנולוגיה העיקרית של הבריאות של מחוז ג'ג'יאנג (מס' WKJ-ZJ-2419) ו-Zhejiang Clinovation Pride (צוות חדשנות קלינית לאוסטאומיאליטיס טראומטית) (מס' CXTD202501009). ברצוננו להביע את תודתנו הכנה לכל מי שתמך ותרם למחקר זה. ההדרכה, הסיוע והמשוב שלך לא יסולא בפז בהשלמת עבודה זו.

זמינות נתונים:
הנתונים הגולמיים התומכים בממצאי מחקר זה זמינים מהמחבר המקביל על פי בקשה סבירה. בנוסף, כל הנתונים הועלו ל-Zenodo וזמינים לציבור בקישור הבא: https://doi.org/10.5281/zenodo.16785606

תרומת המחבר:
שיאויו האן וצ'יאופנג גואו: כתיבה-ביקורת ועריכה; שיאנג וואנג ובינגיואן לין: המשגה; Yiyang Liu ו-Haiyong Ren: מתודולוגיה; קאי הואנג והואג'ון יו: הדמיה ופיקוח. כל המחברים קראו והסכימו לגרסה שפורסמה של כתב היד.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
אקרילאמיד (AM, 99%)סיגמא-אולדריץ'א8887מונומר לפילמור הידרוג'ל
אקרילואיל כלוריד (AC, 99%)TCI כימיקליםא 0376משמש בתגובות שינוי כימיות
אלומינה אלקליין (200-300 רשת)אלאדיןA112336משמש לטיהור מתיל מתקרילט
נוגדן נגד bFGFסנטה קרוזSC-9084צביעה אימונופלואורסצנטית לזיהוי גורמי גדילה
נוגדן נגד CD31אבקםאילן אלכסנדראימונוהיסטוכימיה לזיהוי סמנים וסקולריים
נוגדן נגד EGFסיגמא-אולדריץ'E9644צביעת אימונוהיסטוכימיה
נוגדן נגד VEGFסנטה קרוזSC-7269צביעה אימונופלואורסצנטית לאנגיוגנזה
ביס-אקרילאמיד (BIS, 97%)סיגמא-אולדריץ'M7279סוכן צולב ברשת הידרוג'ל
ערכת ספירת תאים-8 (CCK-8)DojindoCK04הערכת כדאיות התאים
צ'יטוזן, מתילאקרילט (CSMA-PBA)סיגמא-אולדריץ'C3641היווצרות פיגומים במדבקות הידרוג'ל
בדיקת DCFH-DAביוטייםS0033זיהוי מיני חמצן תגובתיים (ROS)
דימתיל סולפוקסיד (DMSO)תאגיד קבוצת התרופות הלאומית של סיןDMSO-ARממס לניסוח הידרוג'ל
Escherichia coli (E. coli)ATCC-משמש בבדיקות אנטיבקטריאליות
מיקרוסקופ פלואורסצנטיאולימפוסBX53אימונופלואורסצנציה והדמיית תאים
ג'לטין מתאקרילט (GelMA)סיגמא-אולדריץ'G1894רכיב הידרוג'ל מגיב לטמפרטורה
חומצה הידרוכלורית (HCl)צ'ונגצ'ינג טיאן-יוןHCl-ARהתאמת pH בסינתזה
מי חמצן (H<תת>2O2)סיגמא-אולדריץ'H1009משרה עקה חמצונית בתאים
חומצה הידרופלואורית (HF, 4%)סינופארםH814912תחריט גבישים קולואידיים של סיליקה
מכונת בדיקת מתיחה אוניברסלית של Instronאינסטרון3345בדיקת חוזק מכני ודבק
תאי L929ATCCCCL-1משמש לבדיקות ציטוטוקסיות ותאימות ביולוגית
Leica Microtomeלייקה₪2235משמש לחיתוך פרפין של רקמות
זכר Sprague-Dawley חולדות (8 שבועות)רייגן ביוטכנולוגיה-מודל אוסטאומיאליטיס כרונית in vivo
מאסון' s ערכת כתמים טריכרוםסולארביוG1340צביעה היסטולוגית לפיברוזיס
מתיל מתאקרילט (MMA, 99%)סיגמא-אולדריץ'M27805מונומר להיווצרות פיגומים
ערכת בדיקת MTTביוטייםM5655הערכת התפשטות תאים וציטוטוקסיות
פרפורמלדהיד (4%)סרוויסביוG1101קיבוע רקמות
פרפיןסיגמא-אולדריץ'עמ' 1003מדיום הטמעה להיסטולוגיה
מאגר PBSג'יבקו10010023משמש בעיבוד תאים והידרוג'ל
פנילאלנין (99%)סיגמא-אולדריץ'עמ' 5482משמש בשינוי כימי
חומצה פנילבורונית (PBA)TCI כימיקליםעמ' 0157רכיב רגיש ל-pH בהידרוג'ל
אשלגן פרסולפט (KPS)בייג'ינג BaolingweiKPS-ARיוזם רדיקלי בפילמור
ערכת ריאגנט PrimeScript RTטאקארהRR047Aמשמש לסינתזה של cDNA
ערכת בדיקת מיני חמצן תגובתיים (ROS).KeyGen ביוטקKGAF019הערכת פעילות נוגדת חמצון
מערכת PCR בזמן אמתאפלייד ביוסיסטמססטפ וואן פלוסכימות ביטוי גנים
RNAiso פלוסטאקארה9108מגיב מיצוי RNA
ריאומטר (HR-1)ת"א אינסטרומנטסHR-1אפיון ריאולוגי של הידרוג'ל
חומצה סליצילית (SA)סיגמא-אולדריץ'S3254מולקולת תרופה בהידרוג'ל
מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM)ג'אולJSM-7500Fניתוח מורפולוגי של מבנה ההידרוג'ל
ננו-חלקיקי סיליקה (12 ננומטר)סיגמא-אולדריץ'637246היווצרות תבניות גביש קולואידיות סיליקה
נתרן הידרוקסיד (NaOH)תאגיד קבוצת התרופות הלאומית של סיןנאו-ארהתאמת pH
סטפילוקוקוס זהוב (S. aureus)ATCC-משמש בבדיקות אנטיבקטריאליות
SYBR ירוק PCR מאסטר מיקסאפלייד ביוסיסטמס4367659מגיב לזיהוי qPCR
מקור אור UV (365 ננומטר, 3 mW/cm²)הרולאבUVT-28משמש לפילמור UV
ספקטרופוטומטר UVשימדזוUV-2600מדידת שחרור תרופות

מקורות

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

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

pH

מאמרים קשורים