Published November 25, 2021 | Version v1
Publication Open

Self-activating anti-infection implant

Creators

  • 1. Tianjin University
  • 2. Hebei University of Technology
  • 3. Peking University
  • 4. Union Hospital
  • 5. Huazhong University of Science and Technology
  • 6. Hubei University

Description

Clinically, it is difficult to endow implants with excellent osteogenic ability and antibacterial activity simultaneously. Herein, the self-activating implants modified with hydroxyapatite (HA)/MoS2 coating are designed to prevent Staphylococcus aureus (S. aureus) and Escherichia coli (E. coli) infections and accelerate bone regeneration simultaneously. The electron transfer between bacteria and HA/MoS2 is triggered when bacteria contacted with the material. RNA sequencing data reveals that the expression level of anaerobic respiration-related genes is up-regulated and the expression level of aerobic respiration-related genes is down-regulated when bacteria adhere to the implants. HA/MoS2 presents a highly effective antibacterial efficacy against both S. aureus and E. coli because of bacterial respiration-activated metabolic pathway changes. Meanwhile, this coating promotes the osteoblastic differentiation of mesenchymal stem cells by altering the potentials of cell membrane and mitochondrial membrane. The proposed strategy exhibits great potential to endow implants with self-activating anti-infection performance and osteogenic ability simultaneously.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

سريريًا، من الصعب منح الغرسات قدرة عظمية ممتازة ونشاط مضاد للجراثيم في وقت واحد. هنا، تم تصميم الغرسات ذاتية التنشيط المعدلة بطبقة هيدروكسي أباتيت (HA)/MoS2 لمنع عدوى المكورات العنقودية الذهبية (S. aureus) والإشريكية القولونية (E. coli) وتسريع تجديد العظام في وقت واحد. يتم تشغيل نقل الإلكترون بين البكتيريا و HA/MoS2 عندما تتلامس البكتيريا مع المادة. تكشف بيانات تسلسل الحمض النووي الريبي أن مستوى التعبير عن الجينات المتعلقة بالتنفس اللاهوائي يتم تنظيمه بشكل أعلى ويتم تنظيم مستوى التعبير عن الجينات المتعلقة بالتنفس الهوائي بشكل أقل عندما تلتصق البكتيريا بالغرسات. يقدم HA/MoS2 فعالية مضادة للبكتيريا فعالة للغاية ضد كل من S. aureus و E. coli بسبب تغيرات المسار الأيضي البكتيري المنشط بالتنفس. وفي الوقت نفسه، يعزز هذا الطلاء تمايز الخلايا العظمية للخلايا الجذعية الوسيطة عن طريق تغيير إمكانات غشاء الخلية وغشاء الميتوكوندريا. تُظهر الاستراتيجية المقترحة إمكانات كبيرة لمنح الغرسات أداءً مضادًا للعدوى ذاتي التنشيط وقدرة على تكوين العظم في وقت واحد.

Translated Description (French)

Cliniquement, il est difficile de doter les implants d'une excellente capacité ostéogénique et d'une activité antibactérienne simultanément. Ici, les implants auto-activants modifiés avec un revêtement d'hydroxyapatite (HA)/MoS2 sont conçus pour prévenir les infections à Staphylococcus aureus (S. aureus) et Escherichia coli (E. coli) et accélérer simultanément la régénération osseuse. Le transfert d'électrons entre les bactéries et HA/MoS2 est déclenché lorsque les bactéries entrent en contact avec le matériau. Les données de séquençage de l'ARN révèlent que le niveau d'expression des gènes liés à la respiration anaérobie est régulé à la hausse et que le niveau d'expression des gènes liés à la respiration aérobie est régulé à la baisse lorsque les bactéries adhèrent aux implants. HA/MoS2 présente une efficacité antibactérienne très efficace contre S. aureus et E. coli en raison des modifications des voies métaboliques activées par la respiration bactérienne. Pendant ce temps, ce revêtement favorise la différenciation ostéoblastique des cellules souches mésenchymateuses en modifiant les potentiels de la membrane cellulaire et de la membrane mitochondriale. La stratégie proposée présente un grand potentiel pour doter simultanément les implants d'une performance anti-infectieuse auto-activante et d'une capacité ostéogénique.

Translated Description (Spanish)

Clínicamente, es difícil dotar a los implantes de una excelente capacidad osteogénica y actividad antibacteriana simultáneamente. En la presente, los implantes autoactivantes modificados con recubrimiento de hidroxiapatita (HA)/MoS2 están diseñados para prevenir las infecciones por Staphylococcus aureus (S. aureus) y Escherichia coli (E. coli) y acelerar la regeneración ósea simultáneamente. La transferencia de electrones entre las bacterias y HA/MoS2 se activa cuando las bacterias entran en contacto con el material. Los datos de secuenciación de ARN revelan que el nivel de expresión de los genes relacionados con la respiración anaeróbica está regulado positivamente y el nivel de expresión de los genes relacionados con la respiración aeróbica está regulado negativamente cuando las bacterias se adhieren a los implantes. HA/MoS2 presenta una eficacia antibacteriana altamente efectiva contra S. aureus y E. coli debido a los cambios en la vía metabólica activada por la respiración bacteriana. Mientras tanto, este recubrimiento promueve la diferenciación osteoblástica de las células madre mesenquimales al alterar los potenciales de la membrana celular y la membrana mitocondrial. La estrategia propuesta muestra un gran potencial para dotar a los implantes de un rendimiento antiinfeccioso autoactivante y una capacidad osteogénica simultáneamente.

Files

s41467-021-27217-4.pdf.pdf

Files (4.7 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:2f4622c94a1c4628986406a0a6a25540
4.7 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
غرسة مضادة للعدوى ذاتية التفعيل
Translated title (French)
Implant anti-infectieux auto-activant
Translated title (Spanish)
Implante antiinfeccioso autoactivable

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3215220864
DOI
10.1038/s41467-021-27217-4

Is supplement to
https://openalex.org/W3180967004 (Other)
https://openalex.org/W3144733943 (Other)
https://openalex.org/W2977724413 (Other)
https://openalex.org/W2785993273 (Other)
https://openalex.org/W2387178301 (Other)
https://openalex.org/W2382269147 (Other)
https://openalex.org/W2368867676 (Other)
https://openalex.org/W2360987025 (Other)
https://openalex.org/W2146613452 (Other)
https://openalex.org/W1520209912 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1181096670
  • https://openalex.org/W1932780354
  • https://openalex.org/W1963672647
  • https://openalex.org/W1968039527
  • https://openalex.org/W1994801453
  • https://openalex.org/W2021225072
  • https://openalex.org/W2022100455
  • https://openalex.org/W2026225585
  • https://openalex.org/W2029501424
  • https://openalex.org/W2044220208
  • https://openalex.org/W2049426807
  • https://openalex.org/W2050588818
  • https://openalex.org/W2054687734
  • https://openalex.org/W2092910438
  • https://openalex.org/W2098811469
  • https://openalex.org/W2111569769
  • https://openalex.org/W2142883071
  • https://openalex.org/W2155809753
  • https://openalex.org/W2158558808
  • https://openalex.org/W2179061653
  • https://openalex.org/W2216910489
  • https://openalex.org/W2341402692
  • https://openalex.org/W2508564647
  • https://openalex.org/W2510118916
  • https://openalex.org/W2514228198
  • https://openalex.org/W2518467579
  • https://openalex.org/W2539567878
  • https://openalex.org/W2580859361
  • https://openalex.org/W2584159992
  • https://openalex.org/W2606242641
  • https://openalex.org/W2756407107
  • https://openalex.org/W2775450026
  • https://openalex.org/W2790377082
  • https://openalex.org/W2803998317
  • https://openalex.org/W2807611059
  • https://openalex.org/W2883325680
  • https://openalex.org/W2890773921
  • https://openalex.org/W2899167928
  • https://openalex.org/W2904955515
  • https://openalex.org/W2907632667
  • https://openalex.org/W2912584147
  • https://openalex.org/W2913777404
  • https://openalex.org/W2927897792
  • https://openalex.org/W2985368637
  • https://openalex.org/W2987112597
  • https://openalex.org/W3038031820
  • https://openalex.org/W3099257246
  • https://openalex.org/W3132668762
  • https://openalex.org/W3150340612
  • https://openalex.org/W987060230