Multifuncionalización de superficies de titanio con nanopartículas de plata y biomoléculas para mejorar el desempeño de dispositivos implantables

Abstract

Cuando un material artificial se incorpora al organismo, en el primer contacto con los fluidos biológicos, las biomoléculas se adhieren al material, creando una nueva interfaz entre dicho material y el sistema vivo. Esta interfaz condiciona dos eventos posteriores: la adhesión celular, deseable en el caso de implantes que deban incorporarse de manera permanente (ortopédicos o dentales) e indeseable en el caso de materiales que deban, ser eliminados posteriormente (por ejemplo, clavos ortopédicos); y la adhesión de microorganismos, que puede originarse en bacterias ya presentes en el individuo o bacterias que hayan ingresado por contaminación del material o manipulación inapropiada durante el proceso quirúrgico. La modificación del biomaterial en la nanoescala a través de la funcionalización de su superficie con biomoléculas permitiría controlar estos eventos, asegurando el éxito del procedimiento. El objetivo de esta tesis fue diseñar estrategias de que conduzcan a obtener superficies multifuncionalizadas con biomoléculas reguladoras de la interacción célula/material y con nanopartículas de plata (AgNPs) como agente antimicrobiano, así como la caracterización fisicoquímica acabada de estos sistemas y la evaluación de su performance en el entorno biológico para las que fueron diseñadas. Se logró la inmovilización de AgNPs sobre titanio mediada por poli-L-lisina (PLL), un polímero del aminoácido L-lisina. Se analizó la capacidad antimicrobiana y la biocompatibilidad y se compararon con las de un sustrato de titanio con AgNPs sin la presencia de PLL. Se encontró que la superficie con PLL tiene un efecto antimicrobiano mayor (bactericida) que para el caso de las superficies sin PLL (bacteriostático), sin presentar citotoxicidad para células osteoblásticas. Asimismo, se lograron superficies multifuncionalizadas con AgNPs y lactoferrina (Lf), una proteína con propiedades antimicrobianas. Los resultados mostraron que estas superficies tienen capacidad antimicrobiana, a la vez que promueven una mayor adhesión y diferenciación de células osteoblásticas. Ambos sistemas se caracterizaron, además, mediante técnicas fisicoquímicas adecuadas (AFM, FTIR, XPS, SPR, técnicas electroquímicas, etc.). Por otra parte, se realizaron análisis fisicoquímicos y microbiológicos de implantes reales recubiertos con AgNPs como parte de un desarrollo tecnológico en colaboración con una empresa nacional. Los resultados de esta tesis permiten el desarrollo racional de recubrimientos antimicrobianos sobre dispositivos ortopédicos implantables de titanio con el objetivo de disminuir la incidencia de infecciones postoperatorias.