Boosting MRSA Infectious Osteoporosis Treatment: Mg‐Doped Nanofilm on Vacancy‐Enriched TiO2 Coating for Providing In Situ Sonodynamic Bacteria‐Killing and Osteogenic Alkaline Microenvironment

材料科学 纳米棒 骨整合 活性氧 涂层 纳米技术 化学 植入 生物化学 医学 外科
作者
Shimeng Chen,Fuwei Liu,Xin He,Dan Wen,Yingang Zhang,Bo Li,Yong Han
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (11) 被引量:4
标识
DOI:10.1002/adfm.202311965
摘要

Abstract To effectively combat infectious osteoporosis, Ti‐based implants with enhanced antibacterial and osseointegrative properties are urgently required. Herein, a one‐step method involving Mg thermal‐reduction is employed to modify a hydroxyapatite (HA) array on Ti, which comprises an inner TiO 2 layer and an outer nanorod‐like HA layer. This process introduces oxygen vacancies (OVs) into the TiO 2 layer and deposits a Mg─O‐contained amorphous nanolayer on each HA nanorod. The introduced OVs enhance reactive oxygen species (ROS) yield by the array during ultrasound treatment via narrowing TiO 2 bandgap and improving H 2 O molecules absorption. The produced ROS, combined with a weak alkaline microenvironment created by the degraded Mg─O nanolayer, endows the array with potent bacterial‐killing and biofilm‐eradicating efficacies within a 5 min ultrasound treatment via the combination of proton‐consumption and cell envelop‐detriment effects. Moreover, due to the alkaline microenvironment and the released Mg 2+ , the array hinders osteoclastogenesis by activating the inflammation‐related FAK‐PI3K‐AKT signaling pathway in macrophages, as revealed by transcriptomic analysis, resulting in robust osseointegration in rat femoral shaft with concurrent bacterial‐infection and osteoporosis. This work paves a new way for simultaneously endowing a sonosensitive coating on Ti with sonodynamic treatment‐derived high antibacterial ability and alkaline microenvironment‐mediated strong osseointegration for infectious osteoporosis treatment.
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