Superficies nanomodificadas sellan implantes de pierna contra infecciones

Un estudio novedoso demuestra que topografías de titanio (Ti) de tamaño de nanómetros pueden ser útiles para aumentar la densidad de la piel y reducir la adhesión de las bacterias, mejorando así la eficacia de los implantes ortopédicos transcutáneos de Ti.

Investigadores de la Universidad Brown (Providence, RI, EUA) han desarrollado dos maneras para modificar los implantes de pierna de Ti para promover el crecimiento celular de la piel, creando así una capa de piel natural y sellando la abertura donde ha sido implantado el dispositivo en el cuerpo. El primer método incluye un rayo de electrones de recubrimiento de titanio disparado al pilar del implante, creando un paisaje de montículos de 20 nanómetros. Esos montículos imitan los contornos de la piel natural y engañan a las células de la piel para colonizar la superficie y hacer crecer queratocitos adicionales.

El segundo método es un proceso de anodización, que incluye sumergir el pilar en ácido fluorhídrico y pasar una descarga de corriente eléctrica a través de él. Esto hace que los átomos de Ti sobre la superficie del pilar se dispersen y luego se reagrupen como estructuras tubulares, huecas creciendo perpendicularmente desde la superficie del pilar; al igual que con los montículos, los queratocitos entonces pueden colonizar rápidamente la superficie nano-tubular. En pruebas de laboratorio, los investigadores reportaron un aumento de la densidad al doble de las células dérmicas sobre la superficie del implante; después de cinco días, la densidad de los queratocitos alcanzó un punto en el cual se creó una capa de piel impermeable entre el pilar y el cuerpo.

Para promover adicionalmente el crecimiento de la piel alrededor del implante, los investigadores desarrollaron una cadena molecular sintética para unir el factor de crecimiento de fibroblastos 2 (FGF-2), un péptido de cadena simple que juega un papel importante en el proceso de curación de heridas y la angiogénesis, a la superficie de Ti, a la vez que se mantiene la capacidad queratótica de la proteína. En pruebas in vitro de nuevo se demostró la mayor densidad de las células dérmicas en las superficies del pilar usando superficies nano-modificadas mezcladas con FGF-2. Además, las superficies nano-modificadas crearon más área superficial para las proteínas FGF-2 de la que estaría disponibles en los implantes tradicionales. El estudio fue publicado antes de impresión, el 11 de febrero de 2011, en el la revista Journal of Biomedical Materials Research A.

"Hay que estrechar el área donde las bacterias pueden entrar al cuerpo, y es ahí donde está la piel”, dijo el autor principal Thomas Webster, PhD, un profesor asociado de ingeniería y ortopedia de la Universidad Brown. "Definitivamente hay una capa completa de piel; no hay otra abertura por la que las bacterias puedan pasar”.

Puesto que el Ti es biocompatible, se usa extensamente en aplicaciones médicas, incluyendo implementos e implantes quirúrgicos. Se hacen frecuentemente aleaciones de Ti con aproximadamente 4% de aluminio (Al), o 6% Al y 4% vanadio. El titanio también tiene la propiedad inherente de oseo-integrarse, permitiendo el uso en implantes dentales; esta propiedad también es útil para implantes ortopédicos, que se benefician del módulo de elasticidad reducido del titanio para aproximarse más a la del hueso. Como resultado, las cargas esqueléticas son compartidas más uniformemente entre el hueso y el implante, produciendo una incidencia más baja de degradación ósea debida a la tensión de la protección y las fracturas óseas, que ocurren en las cercanías de los implantes ortopédicos.

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Brown University