Mechanochemically Reprogrammed Interface Orchestrates Neutrophil Bactericidal Activity and Apoptosis for Preventing Implant‐Associated Infection

材料科学 细胞生物学 细胞凋亡 植入 接口(物质) 纳米技术 微生物学 生物 复合材料 医学 生物化学 毛细管数 外科 毛细管作用
作者
Guangyu Chu,Ming Guan,Jiale Jin,Yao Luo,Zhiyuan Luo,Tingwang Shi,Tao Liu,Chunlei Zhang,Yue Wang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (16) 被引量:21
标识
DOI:10.1002/adma.202311855
摘要

Abstract The onset of implant‐associated infection (IAI) triggers a cascade of immune responses, which are initially dominated by neutrophils. Bacterial aggregate formation and hypoxic microenvironment, which occur shortly after implantation, may be two major risk factors that impair neutrophil function and lead to IAI. Here, the implant surface with phytic acid–Zn 2+ coordinated TiO 2 nanopillar arrays (PA–Zn@TiNPs) and oxygen self‐supporting CaO 2 nanoparticles, named as CPZTs, is mechanochemically reprogrammed. The engineered CPZTs interface integrates multiple properties to inhibit the formation of nascent biofilm, encompassing antibacterial adhesion, mechanobactericidal effect, and chemobiocidal effect. Meanwhile, continuous oxygenation fuels the neutrophils with reactive oxygen species (ROS) for efficient bacterial elimination on the implant surface and inside the neutrophils. Furthermore, this surface modulation strategy accelerates neutrophil apoptosis and promotes M2 macrophage‐mediated osteogenesis both in vitro and in a rat model of IAI. In conclusion, targeting neutrophils for immunomodulation is a practical and effective strategy to prevent IAI and promote bone–implant integration.
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