KCI등재
SCIE
A Dual Functional Ti-Ga Alloy: Inhibiting Biofilm Formation and Osteoclastogenesis Differentiation via Disturbing Iron Metabolism
저자
Fupeng Li (Department of Orthopaedic Surgery, Shanghai Ninth People’s Hospital, Shanghai Key Laboratory of Orthopaedic Implants, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine) ; Kai Huang (Department of Orthopaedic Surgery, Shanghai Ninth People’s Hospital, Shanghai Key Laboratory of Orthopaedic Implants, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine) ; Jinbing Wang (Department of Oral and Maxillofacial-Head and Neck Oncology, Shanghai Ninth People’s Hospital, College of Stomatology, National Center for Stomatology, National Clinical Research Center for Oral Diseases, Shanghai Key Laboratory of Stomatology) ; Kai Yuan (Department of Orthopaedic Surgery, Shanghai Ninth People’s Hospital, Shanghai Key Laboratory of Orthopaedic Implants, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine) ; Yiqi Yang (Department of Orthopaedic Surgery, Shanghai Ninth People’s Hospital, Shanghai Key Laboratory of Orthopaedic Implants, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine) ; Yihao Liu (Department of Orthopaedic Surgery, Shanghai Ninth People’s Hospital, Shanghai Key Laboratory of Orthopaedic Implants, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine) ; Xianhao Zhou (Department of Orthopaedic Surgery, Shanghai Ninth People’s Hospital, Shanghai Key Laboratory of Orthopaedic Implants, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine) ; Keyu Kong (Department of Orthopaedic Surgery, Shanghai Ninth People’s Hospital, Shanghai Key Laboratory of Orthopaedic Implants, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine) ; Tao Yang (Department of Materials Science and Engineering, Hong Kong Institute for Advanced Study, College of Science and Engineering, City University of Hong Kong) ; Jian He (M-Duke Medical Technology (Shanghai) Co., Ltd) ; Chunjie Liu (M-Duke Medical Technology (Shanghai) Co., Ltd) ; Haiyong Ao (East China Jiaotong University) ; Fengxiang Liu (Department of Orthopaedic Surgery, Shanghai Ninth People’s Hospital, Shanghai Key Laboratory of Orthopaedic Implants, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine) ; Qian Liu (Department of laboratory medicine, Ren Ji Hospital, Shanghai Jiao tong university school of medicine) ; Tingting Tang (Department of Orthopaedic Surgery, Shanghai Ninth People’s Hospital, Shanghai Key Laboratory of Orthopaedic Implants, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine) ; Shengbing Yang (Department of Orthopaedic Surgery, Shanghai Ninth People’s Hospital, Shanghai Key Laboratory of Orthopaedic Implants, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine)
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2023
작성언어
English
주제어
등재정보
KCI등재,SCIE
자료형태
학술저널
수록면
788-805(18쪽)
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제공처
Background Although biomedical implants have been widely used in orthopedic treatments, two major clinical challenges remain to be solved, one is the bacterial infection resulting in biofilm formation, and the other is aseptic loosening during implantation due to over-activated osteoclastogenesis. These factors can cause many clinical issues and even lead to implant failure. Thus, it is necessary to endow implants with antibiofilm and aseptic looseningprevention properties, to facilitate the integration between implants and bone tissues for successful implantation.
To achieve this goal, this study aimed to develop a biocompatible titanium alloy with antibiofilm and anti-aseptic loosening dual function by utilizing gallium (Ga) as a component.
Methods A series of Ti-Ga alloys were prepared. We examined the Ga content, Ga distribution, hardness, tensile strength, biocompatibility, and anti-biofilm performance in vitro and in vivo. We also explored how Ga3+ ions inhibited the biofilm formation of Staphylococcus aureus (S. aureus) and Escherichia coli (E. coli) and osteoclast differentiation.
Results The alloy exhibited outstanding antibiofilm properties against both S. aureus and E. coli in vitro and decent antibiofilm performance against S. aureus in vivo. The proteomics results demonstrated that Ga3+ ions could disturb the bacterial Fe metabolism of both S. aureus and E. coli, inhibiting bacterial biofilm formation. In addition, Ti-Ga alloys could inhibit receptor activator of nuclear factor-κB ligand (RANKL)-dependent osteoclast differentiation and function by targeting iron metabolism, then suppressing the activation of the NF-κB signaling pathway, thus, showing their potential to prevent aseptic loosening.
Conclusion This study provides an advanced Ti-Ga alloy that can be used as a promising orthopedic implant raw material for various clinical scenarios. This work also revealed that iron metabolism is the common target of Ga3+ ions to inhibit biofilm formation and osteoclast differentiation.
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