Desarrollo de nanocompositos basados en hidroxiapatita/hidroxiapatita dopada con metales y/o biomoléculas como materiales de recubrimiento de andamios para implantes ortopédicos

• Autores: Dittler, María Laura
• Año de publicación: 2020
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: González, Mónica Cristina; Grillo, Claudia Alejandra
• Materia: Química; Tejido óseo; Biomateriales; Hidroxiapatitas; Nanomateriales
• Institución: Universidad Nacional de La Plata

En los últimos años, el envejecimiento progresivo de la población mundial conjuntamente con las lesiones en el tejido óseo causadas por trauma o enfermedades, ha llevado a buscar soluciones a los inconvenientes que presentan los métodos de tratamientos centrados principalmente en injertos óseos autólogos o alogénicos o bien implantando materiales sustitutos. Así, surge la ingeniería de tejido óseo (ITO) cuyo enfoque se basa, en gran medida, en el uso de biomateriales que puedan funcionar como sustitutos biológicos, como andamios 3D porosos, para proporcionar un entorno adecuado que permita la regeneración de los tejidos y órganos dañados. Algunos tipos de andamios comprenden materiales sintéticos inorgánicos tales como los vidrios bioactivos; utilizados por presentar una alta bioactividad, osteoconductividad y capacidad angiogénica. Otro tipo de material inorgánico que se ha propuesto ampliamente como sustituto óseo es la nano hidroxiapatita (HAp), ya que permite imitar la hidroxiapatita (HA) presente en los huesos por su tamaño nanométrico y su inhomogeneidad originada en la presencia de trazas de iones metálicos en su estructura. Por otro lado, la modificación superficial de nanomateriales con metales y/o biomoléculas ha sido una estrategia para estimular la interacción tejido óseobiomaterial”. En el presente trabajo de tesis se propone el desarrollo y la caracterización de andamios de biovidrio recubiertos con nanopartículas de hidroxiapatita modificadas con iones metálicos, en particular Mg+2, Fe+2/Fe+3 y Zn+2 y el desarrollo de nanopartículas de HA con diferentes superficies con potencial utilidad en el desarrollo de la ITO. Para ello, en una primera etapa se desarrolló la síntesis de nanomateriales a base de HA mediante el método de deposición química húmeda, se estudió el efecto de la incorporación de iones metálicos bi y trivalentes durante la síntesis de los nanomateriales obtenidos mediante diversas técnicas de caracterización. Además, se evaluó la biocompatibilidad de los nanocompositos en la linea celular 3T3Balb-c. Por otro lado, se estudió la modificación superficial de nanohidroxiapatita mediante dos estrategias diferentes. A partir de la estrategia que utilizó el ácido 3-organopropiónico como modificador de la superficie, mediantes los ensayos de caracterización se observó un mayor grado de recubrimiento, lo que permitió incorporar grupos carboxilo superficiales que sirvieron como plataforma para anclar compuestos fluorescentes mediante la formación de enlaces amida. En una segunda instancia de este trabajo, se obtuvieron andamios bioactivos a base de vidrio (de la composición 45S5) (BG) fabricados por la técnica de réplica de espuma. En particular, los andamios se recubrieron con los nanocompositos a base de hidroxiapatita modificados con metales bi y trivalentes obtenidos previamente. Para ello, se utilizó el método de inmersión y posterior secado, evaluándose los tiempos de exposición y las diferentes concentraciones de las suspensiones de partida. La microestructura y la homogeneidad de los recubrimientos aplicados se investigaron mediante microscopía electrónica de barrido (SEM). Para la evaluación de la bioactividad, los andamios con y sin recubrimiento se sumergieron en fluido corporal simulado (SBF) durante distintos tiempos de exposición. La formación de hidroxiapatita se confirmó mediante observación SEM y espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR). Los resultados evidenciaron en los andamios de vidrio bioactivo 45S5 recubiertos con MgZnHAp un incremento de su bioactividad, efecto no observado en los andamios recubiertos para las otras las partículas evaluadas. Los andamios recubiertos con FeHAp a su vez, presentaron propiedades superparamagnéticas, propias de los nanomateriales incorporados en su superficie. Mediante estudios in vitro en contacto con células MG-63 se evaluaron los andamios antes y después del recubrimiento. Particularmente, los andamios MgZnBG presentaron una mejora en la proliferación y adhesión celular con respecto al control de BG. Por otro lado, los resultados de los ensayos de viabilidad y secreción de ALP al medio de cultivo en células ST-2 no indicaron resultados concluyentes sobre un comportamiento de diferenciación osteogénica de las células ST-2 crecidas sobre muestras recubiertas con MgZnHAp con respecto a aquellas crecidas sobre los andamios sin recubrimiento. En conjunto, los resultados de las investigaciones actuales mostraron que los andamios recubiertos con nanohidroxiapatita modificada con metales bi y trivalentes, resultan en una nueva metodología para combinar andamios preformados a base de vidrios bioactivos con nanocompositos a base de HA. Logrando así obtener un material compuesto con un potencial prometedor para su aplicación en la ingeniería del tejido óseo. Los andamios desarrollados por dentro del presente trabajo de tesis proporcionan una base bien fundamentada que garantizar futuras investigaciones en el campo destinado a la obtención de sustitutos óseos.
Doctor en Ciencias Exactas, área Química
Universidad Nacional de La Plata
Facultad de Ciencias Exactas