Mejoran prótesis de titanio para reducir infecciones y rechazos

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El mercado de implantes y materiales biocompatibles está en plena expansión y genera ventas billonarias en todo el mundo. Sin embargo, las estadísticas oficiales revelan un dato preocupante: a pesar de los avances tecnológicos aplicados a la medicina, la incidencia de fracasos postquirúrgicos llega, en algunos casos, al 10% de las intervenciones. Atentos a este escenario, científicos de la Universidad Nacional de La Plata buscan perfeccionar las prótesis de titanio para reducir las posibilidades de infecciones y rechazos.

Un equipo del Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas (INIFTA), perteneciente a la facultad de Ciencias Exactas de la UNLP y al Conicet, diseñaron estrategias para la funcionalización del titanio, uno de los principales materiales utilizados en la fabricación de implantes. El objetivo es desarrollar superficies con una osteointegración mejorada que, simultáneamente, inhiban la adhesión y la proliferación de bacterias.

Las causas preponderantes del fracaso de los implantes son las infecciones bacterianas o una pobre osteointegración, es decir, una deficiente conexión funcional y estructural directa entre el hueso vivo y la superficie de un implante endóseo cargado funcionalmente. Se trata de un proceso que, en condiciones normales, tarda en promedio unos tres meses; en este tiempo, la pieza implantada se integra en el hueso, dándole soporte y firmeza.

La doctora Fiorela Ghilini, integrante del equipo, indicó a Argentina Investiga: “La incidencia de infecciones asociadas a prótesis implantables se ha incrementado debido a la creciente resistencia a los antimicrobianos, provocando inconvenientes que van desde dolor crónico hasta la necesidad de remover el implante, re-hospitalizaciones e, incluso, la muerte del paciente”.

“Además de prevenir las infecciones, una buena osteorregeneración e integración con los tejidos son características esenciales que debe tener todo material implantable y, por lo tanto, deben ser considerados a la hora de su diseño”, completó la Ghilini.

Este tipo de complicaciones incide de manera sensible en la calidad de vida del paciente y en los costos de la salud pública. Por ello, el equipo de investigación trabaja aportando todo su conocimiento para alcanzar un logro que podría beneficiar en forma directa a miles de pacientes.

Para inducir la regeneración ósea requerida en ciertos casos luego de la inserción de un implante metálico en el cuerpo, deben generarse condiciones superficiales adecuadas para una correcta adhesión, proliferación y diferenciación de las células del tejido, de manera de favorecer la producción de matriz mineralizada y la formación de hueso nuevo.

La investigadora señaló que “hasta hace pocos años, sólo se pensaba en la osteointegración y la biocompatibilidad como objetivo principal a la hora de diseñar un biomaterial y se dejaba de lado la prevención de infecciones, o viceversa. Recientemente, las investigaciones se han dedicado al diseño de materiales que tengan diferentes propiedades simultáneamente, lo que se denomina materiales inteligentes o multifuncionales”.

“Por este motivo diseñamos estrategias para la funcionalización de titanio que conduzcan a una superficie con una osteointegración mejorada y que, a la vez, inhiba la adhesión y la proliferación de bacterias”, indicó Ghilini.

Con este fin, se inmovilizaron sobre el titanio dos componentes: nanopartículas de plata» data-toggle = «tooltip» title = «Partículas nanométricas que, aplicadas a sistemas biológicos, poseen diferentes propiedades. Su tamaño les da la propiedad de penetrar distintas membranas biológicas como la pared bacteriana.»>nanopartículas de plata (AgNPs), que presentan actividad antimicrobiana al liberar cationes Ag+ con la ventaja de que las bacterias no generan resistencia; y lactoferrina bovina (Lf), una proteína de la familia de las transferrinas secretada por los mamíferos, que además de poseer actividad antimicrobiana es promotora de la osteogénesis, entre otras propiedades. Este procedimiento promueve la regeneración del hueso alrededor del implante y proporcina una mejor y más rápida fijación al hueso.

“Se prepararon exitosamente superficies multi-componentes a partir de una doble funcionalización, es decir, primero se adsorben las AgNPs y luego, la proteína. Aquí es importante resaltar que son procedimientos sencillos y que se realizan de un día para el otro, sin necesidad de protocolos exhaustivos y equipos sofisticados. Estos sustratos fueron testeados con bacterias típicas encontradas en las infecciones y presentaron una actividad antimicrobiana importante, eliminando el 97,7% de bacterias viables en la superficie, lo cual permite prevenir que si una bacteria ingresa al sitio del implante crezca y se reproduzca”, expresó Ghilini.

Además, se estudió la respuesta de células de hueso (osteoblastos) en contacto con material multifuncional, obteniéndose una excelente biocompatibilidad, demostrada a través de altos niveles de adhesión y viabilidad de células eucariotas. Fundamentalmente, estas superficies multi-componente mostraron una excelente capacidad osteorregeneradora, medida en términos de la mineralización y la diferenciación celular, que son procesos fundamentales para la generación de hueso nuevo.

“De esta forma pudieron desarrollarse sustratos de titanio modificados capaces de prevenir la formación de biofilms sin ocasionar efectos citotóxicos, con potencialidad para ser utilizadas como nuevos materiales en dispositivos biomédicos. En particular, la funcionalización con AgNPs y Lf permite obtener un material que puede ser indicado para aquellos casos en los que se requiere de la fijación de la prótesis al hueso”, concluyó la científica.

Fuente: Eduardo Spínola Dirección General de Comunicación y Medios Universidad Nacional de La Plata.