壳聚糖-赖氨酸表面活性剂的生物活性功能纳米层,具有单、混合蛋白拒染和抗生物膜特性,用于医用植入剂。

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 15:50
文章英文标题
Bioactive Functional Nanolayers of Chitosan-Lysine Surfactant with Single- and Mixed-Protein-Repellent and Antibiofilm Properties for Medical Implants.
正文
由非特异性蛋白吸附引发的生物膜形成导致的医学植入物相关感染是植入物失效的流行原因。然而,多功能生物活性纳米涂层所呈现的植入表面为防止细菌的初始附着和有效阻断生物膜的形成提供了很有前景的替代方法。研究和开发新型、稳定的医用植入物生物活性纳米涂层,全面了解其与复杂生物环境接触的性能至关重要。本研究开发了一种由可再生阳离子多糖壳聚糖、赖氨酸基阴离子表面活性剂( 77KS )和两性抗生素阿莫西林组成的水稳定无交联剂聚电解质-表面活性剂复合物( PESC ),该复合物被广泛用于治疗多种细菌感染。我们在动态和环境条件下成功地在‘模型’和‘真实’聚二甲基硅氧烷( PDMS )表面引入了PESC作为生物活性功能纳米层。这些混合电荷均匀沉积的纳米层(厚度44 ~ 61 nm )除了具有较高的稳定性和良好的润湿性外,对3种模型血清蛋白(血清白蛋白、纤维蛋白原和γ-球蛋白)以及它们在混合物中的竞争相互作用具有很强的排斥作用,采用石英晶体耗散微天平( QCM-D )对其进行了表征。具有最大负zeta电位( p H 7.4时ζ:-19 ~ -30 m V )、含水量( 1628 ~ 1810 ng cm-2 )和水化(低黏度和弹性模量)的功能纳米层与蛋白质的质量、构象和相互作用性质有关。动态条件下的体外抗菌活性测试表明,与未改性PDMS相比,荷电纳米层对革兰氏阴性菌(大肠杆菌)和革兰氏阳性菌(金黄色葡萄球菌)的生长均有积极的抑制作用。鉴于易于制备同时具有驱蛋白和抗菌活性的多功能带电生物基涂层,可克服个别方法的局限性,从而更好和先进地设计各种医疗器械(如导管、假肢和支架)。
文章内容(英文)
Medical implant-associated infections resulting from biofilm formation triggered by unspecific protein adsorption are the prevailing cause of implant failure. However, implant surfaces rendered with multifunctional bioactive nanocoatings offer a promising alternative to prevent the initial attachment of bacteria and effectively interrupt biofilm formation. The need to research and develop novel and stable bioactive nanocoatings for medical implants and a comprehensive understanding of their properties in contact with the complex biological environment are crucial. In this study, we developed an aqueous stable and crosslinker-free polyelectrolyte-surfactant complex (PESC) composed of a renewable cationic polysaccharide, chitosan, a lysine-based anionic surfactant (77KS), and an amphoteric antibiotic, amoxicillin, which is widely used to treat a number of infections caused by bacteria. We successfully introduced the PESC as bioactive functional nanolayers on the \"model\" and \"real\" polydimethylsiloxane (PDMS) surfaces under dynamic and ambient conditions. Besides their high stability and improved wettability, these uniformly deposited nanolayers (thickness: 44-61 nm) with mixed charges exhibited strong repulsion toward three model blood proteins (serum albumin, fibrinogen, and γ-globulin) and their competitive interactions in the mixture in real-time, as demonstrated using a quartz crystal microbalance with dissipation (QCM-D). The functional nanolayers with a maximum negative zeta potential (ζ: -19 to -30 mV at pH 7.4), water content (1628-1810 ng cm-2), and hydration (low viscosity and elastic shear modulus) correlated with the mass, conformation, and interaction nature of proteins. In vitro antimicrobial activity testing under dynamic conditions showed that the charged nanolayers actively inhibited the growth of both Gram-negative (Escherichia coli) and Gram-positive (Staphylococcus aureus) bacteria compared to unmodified PDMS. Given the ease of fabrication of multifunctional and charged biobased coatings with simultaneous protein-repellent and antimicrobial activities, the limitations of individual approaches could be overcome leading to a better and advanced design of various medical devices (e.g., catheters, prosthetics, and stents).
来源出处
Journal|[J]ACS Applied Materials & Interfaces2021.
DOI
https://doi.org/10.1021/ACSAMI.1C01993

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