Prevention of postsurgery infection and promotion of biointegration are the key factors to achieve long-term success in orthopedic implants. Localized delivery of antibiotics and bioactive molecules by the implant surface serves as a promising approach toward these goals. However, previously reported methods for surface functionalization of the titanium alloy implants to load bioactive ingredients suffer from time-consuming complex processes and lack of long-term stability. Here, we present the design and characterization of an adhesive, osteoconductive, and antimicrobial hydrogel coating for Ti implants. To form this multifunctional hydrogel, a photo-cross-linkable gelatin-based hydrogel was modified with catechol motifs to enhance adhesion to Ti surfaces and thus promote coating stability. To induce antimicrobial and osteoconductive properties, a short cationic antimicrobial peptide (AMP) and synthetic silicate nanoparticles (SNs) were introduced into the hydrogel formulation. The controlled release of AMP loaded in the hydrogel demonstrated excellent antimicrobial activity to prevent biofilm formation. Moreover, the addition of SNs to the hydrogel formulation enhanced osteogenesis when cultured with human mesenchymal stem cells, suggesting the potential to promote new bone formation in the surrounding tissues. Considering the unique features of our implant hydrogel coating, including high adhesion, antimicrobial capability, and the ability to induce osteogenesis, it is believed that our design provides a useful alternative method for bone implant surface modification and functionalization.

Antibiotic abuse is increasing the present rate of drug-resistant bacterial wound infections, producing a significant healthcare burden globally. Herein, we prepared a pH-responsive CMCS/PVP/TA (CPT) multifunctional hydrogel dressing by embedding the natural plant extract TA as a nonantibiotic and cross-linking agent in carboxymethyl chitosan (CMCS) and polyvinylpyrrolidone (PVP) to prompt wound healing. The CPT hydrogel demonstrated excellent self-healing, self-adaptive, and adhesion properties to match different wound requirements. Importantly, this hydrogel showed pH sensitivity and exhibited good activity against resistant bacteria and antioxidant activity by releasing TA in case of bacterial infection (alkaline). Furthermore, the CPT hydrogel exhibited coagulant ability and could rapidly stop bleeding within 30 s. The biocompatible hydrogel effectively accelerated wound healing in a full-thickness skin defect model by thickening granulation tissue, increasing collagen deposition, vascular proliferation, and M2-type macrophage polarization. In conclusion, this study demonstrates that multifunctional CPT hydrogel offers a candidate material with potential applications for infected skin wound healing.

Abstract: The development of metallic joint prostheses has been ongoing for more than a century alongside advancements in hip and knee arthroplasty. Among the materials utilized, the Cobalt-Chromium-Molybdenum (Co-Cr-Mo) and Titanium-Aluminum-Vanadium (Ti-Al-V) alloys are predominant in joint prosthesis construction, predominantly due to their commendable biocompatibility, mechanical strength, and corrosion resistance. Nonetheless, over time, the physical wear, electrochemical corrosion, and inflammation induced by these alloys that occur post-implantation can cause the release of various metallic components. The released metals can then flow and metabolize in vivo, subsequently causing potential local or systemic harm. This review first details joint prosthesis development and acknowledges the release of prosthetic metals. Second, we outline the metallic concentration, biodistribution, and elimination pathways of the released prosthetic metals. Lastly, we discuss the possible organ, cellular, critical biomolecules, and significant signaling pathway toxicities and adverse effects that arise from exposure to these metals. Keywords: metallic joint prostheses, prosthetic metal release, potential toxicity and adverse effects