Resumen: El titanio
es el material de implante más utilizado, no obstante, tiene baja propiedad antibacteriana.
Para mejorar las propiedades biológicas y antibacterianas, el material es recubierto
de hidroxiapatita micro-nanoestructurada (HA) juntamente con quitosano (CS).
Con la llegada
del siglo con mayor número de personas de avanzada edad, el número de personas
con enfermedades en los huesos, como osteoartritis y defecto óseo que vienen creciendo
exponencialmente. Así que la búsqueda por implantes para sustitución del hueso
viene aumentada también. Para eso el titanio puede ser usado como un
biomaterial, utilizando en rodillas y dientes debido a su baja densidad, por no
ser un material tóxico y tener buena compatibilidad con el cuerpo humano.
Sin
embargo, el titanio posee baja bioactividad y propiedades antibacterianas, no
tiene una buena fijación con los tejidos óseos y puede causar infección post-operatoria.
Por lo tanto, modificando su superficie es posible mejorar sus propiedades de
bioactividad y antibacteriana.
Entre los
recubrimientos bioactivos, la hidroxiapatita (HA) posee la misma composición inorgánica
que el tejido óseo humano y así, es el recubrimiento más usado para el titanio.
Sin embargo, los métodos para la preparación de ese recubrimiento generalmente presentan
deficiencias a largo plazo, alto costo y tiene una fuerza de enlace débil entre
HA e Ti. En cuanto a la microestructura deseada, la superficie micro nanoestructurada
es la superficie más adecuada para el material de implante pues puede imitar la
estructura de los tejidos óseos naturales.
Es posible
preparar un recubrimiento de HA en la superficie de Ti por la MAO (oxidación
por micro-arco) que es un método electroquímico simple para tratamiento de superficies
metálicas con bajo costo. Para mejorar la propiedad antibacteriana, pueden ser
introducidos antibióticos en la superficie del material de implante, disminuyendo
el riego de infección post-operatoria. Algunos investigadores están explorando
el uso de HA juntamente con el quitosano (CS) que tiene propiedades como no
toxicidad y biocompatibilidad.
A partir de eso,
es posible recubrir el Ti con HA juntamente con CS y estudiar sus propiedades a
partir de técnicas de análisis como la difracción de rayos-X (DRX) y
termogravimetría (TGA). La biocompatibilidad es evaluada por experimento de
cultivo celular in vitro. La propiedad antibacteriana del recubrimiento es
examinada por el método de contaje bacteriana, prueba ZOI y técnica óptica.
Con el objetivo
de hacer un recubrimiento de HA / CS, ese recubrimiento fue producido en el
material, y entonces sus propiedades fueron estudiadas. Todos los
recubrimientos contenían elementos como calcio (Ca), fósforo (P), oxígeno (O) y
titanio (Ti). el contenido de Ti era relativamente bajo y el contenido de Ca, P
y O era mucho mayor. Después de la introducción del CS, los elementos de
carbono (C) y nitrógeno (N) también fueron encontrados en los recubrimientos compuestos
HA / CS. Como C y N son los principales elementos de las moléculas de CS, los
resultados indicaron que una película de CS fue introducida con suceso en la
superficie del recubrimiento de HA.
A partir del
análisis de DRX fue observado que el recubrimiento de HA tiene un gran espesor
y casi cubría el óxido de titanio que fue formada durante el proceso de MAO. A
partir dos espectros de DRX, también es posible constatar que luego de la
introducción del CS en la superficie de la HA, la intensidad de los picos
típicos de HA disminuyó levemente, lo que prueba que la capa de CS fue formada
en la superficie del recubrimiento de HA y cubrió la HA y el óxido de titanio
originales hasta cierto punto. Para medir la cantidad efectiva de HA y CS en la
superficie del Ti, los materiales fueron examinados por termogravimetria (TGA),
donde mostró que, con el aumento de la cantidad de CS en la superficie de la
HA, la pérdida de peso fue aumentada.
En la taza de
proliferación celular, las células proliferaron mucho más rápidamente en el recubrimiento
de HA, y el número de células en los recubrimientos de HA / CS disminuyó con el
aumento de la concentración de CS, lo que puede ser atribuido a la cobertura de
recubrimiento de HA micro nanoestructurado por CS. Los resultados confirmaron
que todos los recubrimientos presentaron excelente biocompatibilidad, e no fue
observada citoxicidad del CS.
Se puede observar
también que el crecimiento de la bacteria E. coli difícilmente fue inhibido en
el recubrimiento de HA, en cuanto el número de colonias bacterianas cultivadas
en recubrimientos de HA / CS era mucho menor y disminuía con el aumento de la cantidad
de CS introducida, teniendo un mejor resultado.
En este trabajo,
los recubrimientos compuestos HA / CS con diferentes concentraciones de CS
fueron preparados en Ti. Sin embargo, se verificó que el aumento de la cantidad
de CS disminuiría la bioactividad del HA en cierta medida, aunque podría
aumentar la propiedad antibacteriana. La bioactividad reducida fue debido a la
cubierta del recubrimiento de HA y su micro nanoestructura por membrana CS. Por
lo tanto, para alcanzar la bioatividad ideal y la propiedad antibacteriana, la
cantidad de CS introducida fue adecuadamente controlada.
Referencia:
Baoe Li, Xiaomei
Xia, Miaoqi Guo, Yu Li, Zhiyuan, Shimin Liu, Haipeng Li, Chunyong Liang,
Hongshui Wang. Biological and
antibacterial properties of the micro-nanostructured hydroxyapatite/chitosan
coating on titanium. Scientific Reports, 01 October 2019.
