Efecto de las modificaciones obtenidas mediante anodizado de aleaciones de titanio en la adherencia bacteriana y la osteointegración para la prevención local de infecciones de prótesis osteoarticular

Resumen

El fracaso de las prótesis articulares se relaciona principalmente con el aflojamiento aséptico y las infecciones, ambas están asociadas con una alta morbilidad y un costo sustancial para el paciente y la salud pública. El desarrollo de un nuevo biomaterial capaz de estimular el crecimiento óseo al mismo tiempo que previene a nivel local la adherencia y/o la viabilidad bacteriana reduciría notablemente este fracaso. En este trabajo se evaluó: la liberación y la capacidad bactericida de nanotubos dopados con F de la aleación Ti-6Al-4V cargados con gentamicina y vancomicina mediante el método de inmersión, y la compleja interacción entre bacterias de importancia clínica, células y nanotubos con forma de botella dopados con F y P de la aleación Ti-6Al-4V in vitro, e in vivo, usando un modelo animal de conejo. Además, se evaluó la capacidad bactericida de la aleación Ti-13Nb-13Zr sobre distintas especies de bacterias. El método de inmersión es un método de carga sencillo de antibiótico en nanoestructuras creadas sobre aleaciones de uso clínico, que añade a las propiedades de las capas nanotubulares dopadas con F fabricadas sobre Ti-6Al-4V una más: la capacidad bactericida debida a los antibióticos incorporados y personalizables en función de cada caso. Los nanotubos dopados con F de la aleación Ti-6Al-4V cargados con gentamicina y vancomicina mostraron una liberación máxima a los 120 y los 180 min, respectivamente. La carga de ambos antibióticos sobre estos nanotubos dopados con F pareció ser el tratamiento antibiótico local más adecuado, pues fue capaz de disminuir la viabilidad de grampositivos y gramnegativos simultáneamente, al menos Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis y Pseudomonas aeruginosa. La interacción entre las bacterias y los nanotubos con forma de botella dopados con F y P de la aleación Ti-6Al-4V fue compleja, ya que la adherencia de cuatro especies bacterianas disminuyó (S. aureus, S. epidermidis, Escherichia coli y Stenotrophomonas maltophilia), mientras que P. aeruginosa mostró una adherencia ligeramente superior El aluminio liberado puede ser quelado por los sideróforos bacterianos y este complejo aluminio:sideróforo únicamente ser retenido por bacterias gramnegativas. La viabilidad de Staphylococcus sp. y S. maltophilia disminuyó debido al aluminio liberado del interior de los nanotubos con forma de botella dopados con F y P de la aleación Ti-6Al-4V. P. aeruginosa presentó la capacidad de movilizar aluminio a partir de los nanotubos con forma de botella dopados con F y P de la aleación Ti-6Al-4V. Este material presentó un efecto osteoestimulador sobre las células MC3T3-E1, pues produjo un aumento significativo en la proliferación celular, la mineralización de la matriz y la expresión génica relacionada con la diferenciación celular ósea. Las capas anódicas de nanotubos con forma de botella dopados con F y P de la aleación Ti-6Al-4V mostraron una osteointegración igual o superior cualitativamente y P. aeruginosa mostró una infectividad semejante a la hora de desarrollar una infección sobre ambos materiales in vivo. La monitorización de los niveles de aluminio total en la orina de conejos con un implante permitió determinar la presencia o ausencia de infección producida por P. aeruginosa en implantes de Ti-6Al-4V, al menos durante los primeros siete días en el caso de la aleación Ti-6Al-4V pulida químicamente y durante los primeros 15 días en el caso de los nanotubos con forma de botella dopados con F y P de la aleación Ti-6Al-4V. Cuando los nanotubos con forma de botella dopados con F y P de la aleación Ti-6Al-4V se carga con gentamicina y vancomicina, ambos antibióticos alcanzaron una concentración máxima a los 240 min, tiempo superior al alcanzado cuando se cargaron en nanotubos dopados solo con F. Además, la carga de la mezcla de gentamicina y vancomicina no afecta a la capacidad in vitro de osteointegración sobre las células MC3T3-E1 que poseen los nanotubos con forma de botella dopados con F y P de la aleación Ti-6Al-4V. La capacidad bactericida frente a bacterias gramnegativas, al menos contra E. coli y P. aeruginosa, de la aleación Ti-13Nb-13Zr pulida mecánicamente fue debida al efecto bactericida de los radicales hidroxilo resultantes de la ionización ZrO2 a ZrO2─.