Cationization of Silk Nanofibrils for Antibacterial Applications and Enhanced Biomineralization.

چکیده اصلی

Silk nanofibrils (SNF) demonstrate substantial potential as biomedical materials and biomineralization templates as a result of their biocompatibility, biodegradability, and resemblance to ECM structural proteins. However, a typical drawback is that the domesticated silk nanofibrils lack sufficient biological functional sites such as cationic groups that are beneficial for increasing cell adhesion, inhibiting bacterial growth, and promoting mineralized deposition. In this study, we developed a cationic SNF with dual functionalities of antibacterial properties and enhanced biomineralization using natural polysaccharide chitosan (CS) and synthetic polymer polyethyleneimine (PEI). The successful cationization of SNF was demonstrated through zeta potential measurement, XPS analysis, and antibacterial performance testing. Compared with polyethyleneimine modification, the CS-modified SNF exhibited superior cytocompatibility, highlighting the advantages of functionalizing proteins with natural cationized polysaccharides. Furthermore, the CS-modified SNF significantly accelerated the biomineralization process, enabling the formation of a uniform flower-like hydroxyapatite structure within 3 days in a 1.5 times simulated body fluid. This study offers a facile strategy for the surface functionalization of natural silk nanofibrils, thereby expanding the application of silks as functional biomaterials.

ترجمه فارسی چکیده

فیبریل‌های ابریشم (SNF) به دلیل زیست‌خوش‌خویی، زیست‌تجزیه‌پذیری و شباهت به پروتئین‌های ساختاری ماتریس خارج سلولی، پتانسیل قابل توجهی به عنوان مواد زیست‌پزشکی و قالب‌های بیومینرالیزاسیون نشان می‌دهند. با این حال، یک عیب رایج این است که فیبریل‌های ابریشم اهلی شده نقاط عملکردی زیستی کافی مانند گروه‌های کاتیونی که برای افزایش چسبندگی سلولی، مهار رشد باکتری و تسهیل رسوب معدنی مفید هستند، ندارند. در این مطالعه، ما با استفاده از پلی‌ساکارید طبیعی چیتوسان (CS) و پلیمر مصنوعی پلی‌اتیلن‌ایمین (PEI)، یک SNF کاتیونی با دو عملکرد ضد باکتریایی و بیومینرالیزاسیون بهبود یافته توسعه دادیم. موفقیت در کاتیونیزاسیون SNF از طریق اندازه‌گیری پتانسیل زتا، تحلیل XPS و تست عملکرد ضد باکتریایی اثبات شد. مقایسه با اصلاح با PEI، SNF اصلاح شده با CS، زیست‌خوش‌خویی سلولی برتری نشان داد که مزایای تابعی‌سازی پروتئین‌ها با پلی‌ساکاریدهای کاتیونی طبیعی را برجسته می‌کند. علاوه بر این، SNF اصلاح شده با CS فرآیند بیومینرالیزاسیون را به طور قابل توجهی تسریع کرد و امکان تشکیل یک ساختار هیدروکسی‌آپاتیت گل‌مانند یکنواخت در کمتر از ۳ روز در مایع شبیه‌سازی شده بدن (SBF) با غلظت ۱.۵ برابر را فراهم کرد. این مطالعه استراتژی ساده‌ای برای تابعی‌سازی سطح فیبریل‌های ابریشم طبیعی ارائه می‌دهد و کاربردهای ابریشم به عنوان مواد زیست‌پزشکی تابعی را گسترش می‌دهد.

متن کامل اصلی