在臨床骨外科手術(shù)中，很難同時賦予植入體良好的成骨能力和抗菌活性。細菌感染和與宿主組織的骨整合不足延誤了患者的恢復(fù)時間，增加了術(shù)后發(fā)病率。植入體成功的關(guān)鍵在于骨細胞在植入體上的快速成骨分化和同時防止細菌感染。

羥基磷灰石（HA）具有良好的骨傳導(dǎo)性，在牙科和骨科種植體的骨整合中得到了廣泛的應(yīng)用。硫化鉬（MoS₂）除了具有良好的生物相容性外，該材料獨特的物理和光電特性使其對革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌均具有優(yōu)異的殺菌能力。

在此項研究中，研究人員通過采用激光熔覆和化學氣相沉積（CVD）方法，將上述兩種材料制備成HA/MoS2涂層改性的Ti6Al4V（Ti6）種植體。HA/MoS2涂層利用金黃色葡萄球菌和大腸桿菌代謝過程產(chǎn)生的能量，無需額外能量即可觸發(fā)HA/MoS2-Ti6的抗菌活性。這是一個自我激活的抗感染過程，同時可通過上調(diào)Ca2+水平提高骨髓間充質(zhì)干細胞的存活率，促進骨髓間充質(zhì)干細胞的成骨分化。

該項目的研究人員通過在不同基質(zhì)上培養(yǎng)細菌，分析了HA/MoS2–Ti6與細菌之間的相互作用。相比之下，HA/MoS2–Ti6組只有少量菌落，表明其不僅具有良好的廣譜抗菌性能，而且對多藥耐藥的甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）也有較強的抗菌能力。

研究的另一部分是分析HA/MoS2–Ti6的成骨能力，研究了HA/MoS2–Ti6對干細胞潛能的影響。HA/MoS2–Ti6組的細胞內(nèi)Ca2+水平遠高于Ti6組。高水平的鈣離子被轉(zhuǎn)運到線粒體，調(diào)節(jié)線粒體代謝，引起線粒體膜的短暫去極化。這種來自內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的鈣離子波動對細胞增殖起著重要的生理作用，表明HA/MoS2-Ti6種植體在體外具有很強的成骨分化能力。研究者使用DAPI(4’，6-二氨基-2-苯基吲哚)和四甲基羅丹明(TRITC)和四甲基羅丹明(TRITC)偶聯(lián)phalloidin(actin)來表征不同樣品存在時，間質(zhì)干細胞的形態(tài)。與Ti6組相比，培養(yǎng)1天、3天和7天后，HA/MoS₂–Ti6組的細胞存活率顯著提高，細胞活力明顯增強。

根據(jù)上述結(jié)果，HA/MoS2–Ti6種植體在體外的抗菌和成骨性能非常優(yōu)異，研究者因此選擇對其進行體內(nèi)研究。他們將HA/MoS2–Ti6植入體置入雄性大鼠的脛骨中，植入位置通過X射線圖像顯示（圖中紅色箭頭）。植入14天后，通過蘇木精-伊紅（H&E）和Giemsa染色評估植入物周圍骨組織中的炎癥反應(yīng)和殘留細菌，14天后觀察到HA/MoS2–Ti6組中的細菌很少，而Ti6組中的細菌較多，進一步證明了HA/MoS2–Ti組在體內(nèi)的高效抗菌效果。

植入4周后，研究者通過微型計算機斷層掃描（micro-CT）評估不同樣本的骨再生能力，結(jié)果顯示HA/MoS2-Ti6組的成骨能力優(yōu)異。通過H&染色檢測心臟、肝臟、脾臟、肺和腎臟等主要器官的體內(nèi)毒理學，未發(fā)現(xiàn)器官損傷跡象，表明制備材料沒有明顯的組織毒理學。以上結(jié)果表明，合成的HA/MoS2–Ti6不僅具有自抗菌性能，而且具有良好的骨傳導(dǎo)性，這使得激光熔覆制備的HA/MoS2涂層成為同時解決細菌感染和人工種植體骨整合兩大問題的有效策略。