Nüfusun artması ve yaşlanmasıyla beraber travma, patoloji ve osteoporoza bağlı kırık insidansı son yıllarda büyük bir artışla karşılaşmaktadır. [1]. Çin’de osteoporotik kırıklara meydana getirilen tıbbi harcamaların 2025’te 15 milyar RMB’ye yetişmesi umut ediliyor ve 65 yıldan fazla kalça kırığı hastası sayısı 2050’ye kadar 1,3 milyonu geçecek ve bu da mühim bir sosyo-ekonomik yük haline geldi. [2], [3], [4]. Çekirdek olarak osteoblastların farklılaşması ve çoğalması ile karmaşık bir onarım süreci olan kırık iyileşmesi çoğu zaman travma sonrası hipoksik ve asidik ortamın mikro ortamı ile adım atar. [5]. Önceki emekler, şiddetli doku yaralanması ve kırık sonrası iskemi sebebiyle, lezyon bölgesinde vasküler rekonstrüksiyondan derhal sonrasında mühim inflamatuar reaksiyonların meydana geldiğini, büyük oranda reaktif oksijen türleri (ROS) ürettiğini ve ek olarak yüksek oksidatif stres seviyesi ile karakterize edilen kırık mikro ortamını daha çok kazandırdığını doğrulamıştır. [6], [7], [8]. Düzgüsel iyileşme süreci esnasında osteoblastlar, ROS’u temizlemek, kemik iliği mezenkimal kök hücrelerinin (BMSC’ler) farklılaşmasını sağlamak ve osteoblastla ilişkili transkripsiyon faktörleri (Osx, Runx2), osteokalsin (OC) şeklinde osteojenikle ilgili belirteçleri ifade etmek için süperoksit dismutazı (SOD1) ifade eder. ), osteojenik belirteçler ve kollajen (COL-I) [9], [10]. Bununla beraber, ciddi yaralanma durumunda, kalıcı yapısal dengesizlik ve aşırı ROS birikimi, oksidatif stresi şiddetlendirerek, hücre canlılığını baskılamak, apoptozu arttırmak ve osteoblastik farklılaşmayı inhibe etmek dahil olmak suretiyle BMSC’lerin işlevini belirgin şekilde bozar ve kemik rejenerasyon kabiliyetinin azalmasına niçin olur. [11], [12], [13]. ROS aşırı ekspresyonu ve antioksidan müdafa arasındaki dengesizlik, kırıkların iyileşmesini zorlaştırır. [6], [14]. Aşırı negatif mikro ortam, osteoblastların hayatta kalması üstünde negatif bir etkiye haizdir. Ayrıca, nekrotik doku metabolizmasının niçin olduğu asidik ortam, kemik matrisinde kalsiyum tuzlarının (mesela, kalsiyum fosfat) birikmesini, doğrusu in situ mineralizasyonu önleyebilir ve kemik kırığı iyileşmesini daha da geciktirebilir [15]. Bundan dolayı, kırık bölgesinde SOD1, glutatyon redüktaz (GR), katalaz (CAT) şeklinde geliştirilmiş enzimatik antioksidanların kullanımı, ROS’u su ve oksijene metabolize ederek yüksek oksidatif stres durumunu ve hafifçe asidik ortamı tersine çevirebilir. H+ ve kemik rejenerasyonunu teşvik etmek [16], [17]. Sadece antioksidanlar, rijit biyomekanik destek olmadan kırıkları iyileştiremedikleri için, kırık tedavisi için internal tespit eğer olmazsa olmazdır. Şu anda, dahili fiksasyon için biyomateryal bazlı koruyucu nano kaplamalar (“nanozırh” olarak adlandırılır), kırık iyileşmesini artırmada fazlaca mühim bir rol oynamaktadır. [18], [19], [20]. Kompozit kaplama ile implantasyondan sonrasında, kırık iyileşmesinin biyolojik tesirini desteklemek için etken madde yavaş yavaş salınırken, kırık ucu anında mekanik stabilite elde edebilir. Yukarıda bahsedilmiş olduğu şeklinde, tatminkar olmayan bir halde, travma sonrası yüksek oksidatif stres, mevcut yerleşik kaplamaların kırık iyileşmesini hızlandırma işlevini büyük seviyede zayıflatabilir.
Silikon, canlı sistemlerde mühim, toksik olmayan, yüksek oranda biyouyumlu bir bileşendir. [21], [22], [23]. Pek fazlaca kanıt, silikonun kemik dokularının sağlığı için dirimsel öneme haiz bulunduğunu göstermektedir. [24], [25], [26], [27]. Gelişmekte olan bir silikon araç-gereç topolojisi olarak, iki boyutlu (2D) silis, benzersiz fizyokimyasal erdemler ve düşük burkulma konfigürasyonuna haiz olan öteki silikon bazlı mikro yapılardan mühim seviyede farklıdır. [28], [29], [30], [31]. Önceki raporda, uygulanabilir bir ıslak kimya pul pul dökülme yaklaşımı yöntemiyle hidrojen atomlarının yüzey kovalent modifikasyonu ile mikro ortama duyarlı bozunabilirliğe haiz bir 2D silis nanosistemi inşa ettik. [32]. Kuramsal olarak, bozulma özellikli Si4+ 2D H-Si nano-tabakaların salınması, pre-osteoblastların SOD1 aktivitesini artırabilir ve osteoblast belirteçlerini yukarı regüle ederek, yaralanma sonrası mikro ortamın düzenlenmesi temelinde etken faktörlerin salınması yöntemiyle kırık onarımını daha da destek sunar. [8], [33], [34], [35]. Bununla beraber, şiddetli kemik kırılmasında mikro ortamı düzenlemek için H-Si nano-tabakaların kullanımı araştırılmamıştır.
Metal implantın kompozit kaplaması ile ilgili önceki çalışmalarımızdan esinlenilmiştir. [36], [37], burada, bir H-Si@HA kompozit kaplama hazırlamak için 2D H-Si nano-tabakaları hidroksiapatit (HA) ile modifiye edilmiş bir implant üstüne özenle inşa ettik. pH kıymeti açısından, travma sonrası mikro ortam değişimleri, kırık iyileşmesini hızlandırma işlevini sırayla yerine getirmek için H-Si nanotabakanın pH’a duyarlı özelliğine muhteşem uyum sağlar. İyi tasarlanmış kompozit kaplama, tek başına H-Si nano-tabakalara kıyasla baskın avantajlar ortaya koyuyor. İlk olarak, HA kaplı implantın kuvvetli yardımı ile H-Si nanotabakalar, mikroçevre düzenleme işlevini gerçekleştirme şansı elde eder. Ve sonrasında, kırılmadan sonraki erken aşamanın zayıf asidik ortamında, kaplamaların dış tabakasındaki H-Si nanotabaka stabiliteyi korur ve yüksek oksidatif stresi etkili bir halde bastırmak için peroksidaz benzeri tesirini gösterir, osteojenik farklılaşmayı kolaylaştırmak için mikroçevreyi düzenler. Bundan sonrasında, etkisiz durum bozunma için faydalıdır ve Si4+ Sınırı olan dahili fiksasyon kaplama alanı (Şema 1) içinde kırık iyileşmesini teşvik eden adım adım ve sinerjistik amplifikasyon biyolojik tesirini üretme girişiminde kemik rejenerasyonunu teşvik edecek şekilde özgür bırakın (Şema 1). Beklendiği şeklinde, in vitro ve in vivo emekler, H-Si@HA kaplamanın ROS eliminasyonu ve kemik rejenerasyonu üstündeki sıralı fonksiyonlarını önermektedir. İlginç bir halde, H-Si nanosheet’in varlığı, hücreleri otofaji aktivasyonu yöntemiyle koruyabilir. Ek olarak, H-Si@HA kaplaması tarafınca düzenlenen BMSC’lerin diferansiyel olarak eksprese edilmiş genleri, mutlak kantitatif transkriptom dizilimi ve peşinden bir biyoinformatik analizi ile tanımlandı. H-Si nanosheet, otofajiyi düzenleyerek osteogenez ve kemik oluşumu ile yüksek oranda ilişkili olan çekirdek mRNA’ların ekspresyonunu etkili bir halde düzenleyebilir. Daha da önemlisi, bu çalışmadaki bu şekilde bir kendi kendine bozunabilen nanozırh kaplaması, yalnızca kırık iyileşmesini teşvik etmede hiyerarşik ve sinerjistik tesir elde etmek için yenilikçi teknoloji sağlamakla kalmaz, bununla beraber fizyolojik düzenlemede H-Si@HA kompozit kaplamanın altında yatan moleküler mekanizmanın anlaşılmasına da katkıda bulunur. mutlak kantitatif transkriptom dizileme analizine dayanan osteogenez fonksiyonları.
Source: www.sciencedirect.com