Nanoestructuras tubulares de TiO2 para implantes médicos

Abstract

La utilización de prótesis o implantes biomédicos para suplantar la función original de algún componente del sistema biológico humano es un área en continuo desarrollo. Los implantes dentales representan un tratamiento fiable para asegurar los diversos tipos de prótesis en la rehabilitación oral de pacientes edéntulos, formando parte de procedimientos estándares para el reemplazo de dientes. En la actualidad uno de los desafíos más importante que encara esta alternativa médica es permitir una osteointegración más firme y en los menores tiempos posibles. Por esa razón, en este trabajo se fabricaron modificaciones superficiales a muestras de Ti grado médico mediante un doble tratamiento, mecánico y de anodizado. En dichas muestras se evaluó la influencia de la rugosidad superficial del sustrato de Ti sobre la morfología de los NT de TiO2, la influencia del voltaje de anodizado en la formación de los NT de TiO2 y a la vez se estudiaron protocolos de limpieza y tratamientos térmicos para una optimización del protocolo. Las muestras fueron caracterizadas por SEM, EDS, Raman y XRD. Se determinó la actividad antibacteriana de nuestras muestras frente a Staphylococcus aureus. Seguidamente, se analizó la respuesta celular in vitro de células osteoblásticas (hFOb 1.19) frente a nuestras muestras durante 3, 7 y 14 días de cultivo. El avance de la regeneración ósea fue caracterizado en términos de actividad de fosfatasa alcalina por determinación óptica utilizando p-nitrofenol y proliferación celular mediante tinción MTT. Además, mediante imágenes de MEB de las estructuras biológicas se pudo evaluar la interacción celular con la superficie nanoporosa de las muestras. Finalmente, nuestras muestras fueron usadas como sustrato base para probar dos aplicaciones diferentes, la primera fue inducir una característica antibacteriana mediante la deposición de nanopartículas de plata y la segunda fue inducir una característica más bioactiva mediante deposiciones de hidroxiapatita por electrodeposición pulsada. Respecto a los estudios de variación de los parámetros de anodizado nuestros resultados mostraron una relación directa entre la tensión de anodizado y el diámetro de los tubos. Por otra parte, la rugosidad superficial del sustrato de Ti afectó significativamente la geometría final de los NT de TiO2. La limpieza mediante solución de HCl 0,1 M eliminó los restos de óxido de la superficie nanotubular mientras que la limpieza con ultrasonidos causo daños en la capa nanotubular. El tratamiento térmico de los sustratos de Ti con NT de TiO2 amorfo resultó en fase anatasa a 450°C y en una mezcla de anatasa y rutilo a 650°C. Respecto a la acción antibacteriana, las muestras mostraron no tener actividad antibacteriana por si solas, por lo cual se les depositó en su superficie nanopartículas de plata para introducir esta característica. Los marcadores biológicos para determinar la respuesta osteoblástica indicaron que sí existe interacción, crecimiento y proliferación en las muestras estudiadas, habiendo una proliferación aumentada para muestras con ambos tipos de modificaciones (micro y nanometricas). Las imágenes MEB evidenciaron un crecimiento aumentado de filopodios por parte de los osteoblastos en presencia de los microcanales y de los NT de TiO2, estos últimos demuestran funcionar como sitios de agarre mejorando la adhesión inicial y aumentando la proliferación. En conclusión, esta tesis sugiere que las muestras de Ti grado médico con una modificación superficial en micro y nanoescala, con microcanales y NT de TiO2 respectivamente, presentan un efecto aumentado en la proliferación celular debido al efecto sinérgico de ambas rugosidades. Esto se debe a que la presencia de los microcanales aumenta la superficie expuesta lo que mejora la adhesión y anclaje inicial, mientras que la presencia de NT de TiO2 estimula la formación de filopodios que luego servirán para mejorar la adhesión tomando como puntos de agarre los huecos de los NT de TiO2. Por lo que este sistema resulta prometedor para soluciones clínicas actuales en el área de implantes médicos.