Propriedades biológicas e antibacterianas do revestimento micro-nanoestruturado de hidroxiapatita/quitosana em titânio - Ciência e Engenharia de Materiais

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terça-feira, 22 de outubro de 2019

Propriedades biológicas e antibacterianas do revestimento micro-nanoestruturado de hidroxiapatita/quitosana em titânio


Resumo: O titânio é o material de implante mais utilizado, no entanto tem baixa propriedade antibacteriana. Para melhorar as propriedades biológicas e antibacterianas, o material é revestido de hidroxiapatita micro-nanoestruturada (HA) juntamente com a quitosana (CS).

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Com a chegada do século com o maior número de idosos, o número de pessoas com doenças nos ossos, como osteoartrite e defeito ósseo vem crescendo exponencialmente. Assim a procura por implantes para substituição do osso tem aumentado também. Para isso o titânio pode ser usado como um biomaterial, utilizando em joelhos e dentes devido a sua baixa densidade, não ser um material tóxico e boa compatibilidade com o corpo humano.

Porém, o titânio possui baixa bioatividade e propriedades antibacterianas, não tendo boa fixação com os tecidos ósseos e podendo causar infecção pós-operatória. Portanto, Modificando sua superfície é possível melhorar suas propriedades de bioatividade e antibacteriana.

Entre os revestimentos bioativos, a hidroxiapatita (HA) possuí a mesma composição inorgânica que o tecido ósseo humano e assim, é o revestimento mais usado para o titânio. Porém os métodos para a preparação desse revestimento geralmente apresentam deficiências ao longo prazo, alto custo e tem uma força de ligação fraca entre HA e Ti. E quanto a microestrutura desejada, a superfície micro nanoestruturada é a superfície mais adequada para o material de implante pois pode imitar a estrutura dos tecidos ósseos naturais.

É possível preparar revestimentos de HA na superfície de Ti pela MAO (oxidação por micro-arco) que é um método eletroquímico simples para tratamento de superfícies metálicas com baixo custo. Para melhorar a propriedade antibacteriana, podem ser introduzidos antibióticos na superfície do material de implante, diminuindo o risco de infecção pós-operatória. Alguns pesquisadores estão explorando o uso de HA juntamente com a quitosana (CS) que tem propriedades como não toxicidade e biocompatibilidade.

A partir disso, é possível revestir o Ti com HA juntamente com CS e estudar suas propriedades a partir de técnicas de analise como a difração de raio-x (DRX) e termogravimetria (TGA). A biocompatibilidade é avaliada por experimento de cultura celular in vitro. A propriedade antibacteriana do revestimento é examinada pelo método de contagem bacteriana, teste ZOI e técnica óptica.

Com o objetivo de se fazer um revestimento de HA / CS, esse revestimento foi produzido no material, e então foi estudado suas propriedades. Todos os revestimentos continham elementos como cálcio (Ca), fósforo (P), oxigênio (O) e titânio (Ti). O teor de Ti era relativamente baixo e o teor de Ca, P e O era muito maior. Após a introdução do CS, os elementos de carbono (C) e nitrogênio (N) também foram encontrados nos revestimentos compósitos HA / CS. Como C e N são os principais elementos das moléculas de CS, os resultados indicaram que um filme de CS foi introduzido com sucesso na superfície do revestimento de HA.

A partir da análise de DRX foi observado que o revestimento de HA tem uma grande espessura e quase cobria a titânia que foi formada durante o processo de MAO. A partir dos espectros de DRX, também é possível constatar que após a introdução do CS na superfície do HA, a intensidade dos picos típicos de HA diminuiu levemente, o que prova que a camada de CS foi formada na superfície do revestimento de HA e cobriu o HA e a titânia originais até certo ponto. Para medir a quantidade efetiva de HA e CS na superfície do Ti, os materiais foram examinados por termogravimetria (TGA), onde mostrou que com o aumento da quantidade de CS na superfície do HA, a perda de peso foi aumentada.

Na taxa de proliferação celular, as células proliferaram muito mais rapidamente no revestimento de HA, e o número de células nos revestimentos de HA / CS diminuiu com o aumento da concentração de CS, o que pode ser atribuído à cobertura de revestimento de HA micro nanoestruturado por CS. Os resultados confirmaram que todos os revestimentos apresentaram excelente biocompatibilidade, e não foi observada citoxicidade do CS.

Pode se observar também que o crescimento da bactéria E. coli dificilmente foi inibido no revestimento de HA, enquanto o número de colônias bacterianas cultivadas em revestimentos de HA / CS era muito menor e diminuía com o aumento da quantidade de CS introduzida, tendo um melhor resultado.

Neste trabalho, os revestimentos compósitos HÁ / CS com diferentes concentrações de CS foram preparados em Ti. No entanto, verificou-se que o aumento da quantidade de CS diminuiria a bioatividade do HA em certa medida, embora pudesse aumentar a propriedade antibacteriana. A bioatividade reduzida foi devida à cobertura do revestimento de HA e sua micro nanoestrutura por membrana CS. Portanto, para alcançar a bioatividade ideal e a propriedade antibacteriana, a quantidade de CS introduzida foi adequadamente controlada.


Referência:
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.

Redação: Nathielle Harka