Functionalization of titanium with integrin-selective ligands for orthopedic and dental applications
- Autores: Roberta Fraioli
- Directores de la Tesis: José María Manero Planella (dir. tes.), Carlos Mas Moruno (codir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) ( España ) en 2016
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: José Luis Gómez Ribelles (presid.), Marta Pegueroles Neyra (secret.), Manuel Salmerón-Sánchez (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ciencia e Ingeniería de Materiales por la Universidad Politécnica de Catalunya
- Materias:
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- Resumen
El objetivo principal de este proyecto de tesis es la instalación de bioactividad en la superficie de titanio para implantes ortopédicos y dentales a través de un proceso de funcionalización superficial. A pesar de ser biocompatible y con buenas propiedad mecánicas para substituir el tejido óseo dañado o ausente, el titanio carece de capacidades osteoinductivas, es decir, soporta pero no favorece los procesos de formación de hueso. Esto puede llevar a la fallida del implante debido a una falta de osteointegración. Las modificaciones superficiales permiten transformar la superficie bioinerte del titanio en una superficie bioactiva que estimula la producción de hueso, sin afectar las propiedades mecánicas del material.
Para lograr dicha bioactividad, en este trabajo de tesis se inmovilizaron dos familias de moléculas peptidicas inspiradas en la matriz extracelular de las células que interactúan con las integrinas, los receptores celulares más importantes que transmiten la información entre las células y su matriz. El primer tipo de biomolécula testada es una molécula ramificada, cuyas dos extremidades llevan dos motivos peptídicos distintos: el motivo de adhesión celular RGD (Arg-Gly-Asp) y el motive de sinergia PHSRN (Pro-His-Ser-Arg-Asn), que incrementa la afinidad para la integrina a5ß1, muy relevante en procesos de crecimiento óseo. La segunda familia de biomoléculas abarca dos peptidomiméticos selectivos para la integrina a5ß1 o la integrina avß3, cuyo rol en la formación de hueso es también objeto de discusión en la literatura, y que fueron sintetizados por el grupo del Prof. H. Kessler de la Technische Universität München.
Para la inmovilización de las moléculas en el titanio se utilizaron dos técnicas distintas: la fisisorción, que sólo está basada en la formación de enlaces débiles ¿ electros táticos, puentes hidrogeno, etc., y la unión covalente, más estable, mediante la silanización de la superficie metálica. Las superficies de titanio modificadas se testaron con dos tipos celulares relevantes en el contexto de la substitución de material óseo: células de osteosarcoma (SaOS-2) y células mesenquimales (hMSCs), ambas de procedencia humana. La combinación de esos factores originó cuatro estudios, tres de los cuales son reportados como trabajos publicados. Dos de esos estudios incluyen también un análisis in vivo en un modelo animal, que permitió comprobar el efecto de la funcionalización en un escenario clínico real.
Finalmente, se llevó a cabo un estudio en colaboración con el Prof. M. Dalby del Centre for Cell Engineering de la University of Glasgow para combinar la funcionalización química y la nanotopografia, obteniendo así una superficie de titanio multifuncional: las nanoestructuras superficiales son bactericidas pero carecen de propiedades adhesivas, que pueden ser proporcionadas a través de la inmovilización de motivos peptídicos.
En conjunto, los resultados de esta tesis demuestran que la funcionalización química es una herramienta poderosa para optimizar la respuesta celular en la superficie del biomaterial e inducir la respuesta biológica deseada.
