Potencial antimicrobiano e crescimento celular osteoblástico em superfícies de titânio modificado eletroquimicamente com nanotubos e incorporação de selênio ou prata

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 8298 (2022) Citar este artigo

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Superfícies de nanotubos de titânio contendo prata, zinco e cobre demonstraram efeitos antimicrobianos sem diminuir o crescimento de células osteoblásticas. Neste estudo in vitro apresentamos os primeiros resultados da avaliação biológica de modificações superficiais pela incorporação de compostos de selênio e prata em nanotubos de dióxido de titânio (TiO2) por deposição eletroquímica. Nanotubos de TiO2 (TNT) e TNT dopado com fosfato (pTNT) foram cultivados na superfície de discos de Ti6Al4V por anodização. Compostos de hidroxiapatita (HA), selênio (Se) e prata (Ag) foram incorporados por deposição eletroquímica. Unidades formadoras de colônias de Staphylococcus epidermidis (DSM 3269) foram significativamente diminuídas em SepTNT (0,97 ± 0,18 × 106 UFC/mL), SepTNT-HA (1,2 ± 0,39 × 106 UFC/mL), AgpTNT (1,36 ± 0,42 × 106 UFC/mL). ) e Ag2SepTNT (0,999 ± 0,12 × 106 UFC/mL) em comparação ao controle não modificado (2,2 ± 0,21 × 106 UFC/mL). A adesão bacteriana foi calculada medindo a área coberta após coloração fluorescente. A adesão foi menor em SepTNT (37,93 ± 12%; P = 0,004), pTNT (47,3 ± 6,3%, P = 0,04), AgpTNT (24,9 ± 1,8%; P < 0,001) e Ag2SepTNT (14,9 ± 4,9%; P < 0,001). ) em comparação ao controle não modificado (73,7 ± 11%). A formação de biofilme e o crescimento de células osteoblásticas (MG-63) foram observados pela coloração Crystal Violet. A formação de biofilme foi reduzida nos discos SepTNT (22 ± 3%, P = 0,02) e Ag2SepTNT (23 ± 11%, P = 0,02) em comparação com o controle não modificado (54 ± 8%). Em comparação com o controle não modificado, as superfícies SepTNT-HA e pTNT modificadas mostraram uma área coberta significativamente maior com células osteoblásticas MG-63. Imagens de microscópio eletrônico de varredura (MEV) confirmaram achados sobre o crescimento de células bacterianas e osteoblásticas. Estas descobertas mostram um potencial efeito sinérgico ao combinar selênio e prata com nanotubos de titânio.

A infecção articular periprotética (IAP) ainda permanece como uma das complicações mais desafiadoras após a Artroplastia Total da Articulação (ATJ), com um impacto dramático na morbidade e mortalidade dos pacientes, bem como um fardo socioeconômico para o sistema de saúde público1,2,3 ,4,5,6.

Devido ao aumento contínuo da resistência aos antibióticos, muitos esforços têm sido feitos para novas abordagens terapêuticas antimicrobianas7. A formação de nanotubos de dióxido de titânio (TiO2) (TNT) já ganhou atenção devido ao seu potencial antibacteriano e osseointegrativo em superfícies de relevância ortopédica8,9,10. Foi proposto que o TNT reduza as bactérias nas superfícies de titânio, inibindo a adesão bacteriana. Isto pode ser conseguido devido a uma maior hidrofilicidade e a uma aglomeração prejudicada das células bacterianas devido à estrutura tubular do TNT11. Outra opção é aplicar um revestimento com propriedades bactericidas na superfície do implante. O uso de íons matadores de bactérias como prata12,13,14,15,16, zinco17 ou selênio18,19,20,21,22 foi investigado e implantes revestidos de prata já estão disponíveis comercialmente. Além disso, diferentemente do mecanismo antibacteriano do TNT, esses metais matam as células bacterianas pela liberação de íons10. Esse efeito pode ser potencializado com a utilização de nanopartículas desses metais10. Além disso, o uso de TNT demonstrou aumentar o potencial osteogênico23, o que também pode ser relatado para o selênio21,24. No entanto, existem algumas evidências de que os compostos de prata podem influenciar negativamente a osteogênese devido aos efeitos citotóxicos25. Assim, mesmo que alguns estudos retrospectivos possam mostrar uma diminuição da IAP em pacientes de alto risco, não há evidências suficientes no momento para apoiar o uso global de íons de prata em pacientes com artroplastia regular26. Um estudo realizado por Holinka et al.27 revelou diminuição do crescimento celular bacteriano e formação de biofilme de Staphylococcus aureus e Staphylococcus epidermidis (S. epidermidis) quando se utiliza selênio. No entanto, o uso de mecanismos de dopagem/imersão para incorporar selênio na superfície nanoestruturada torna a deposição de selênio menos controlável. A hidroxiapatita (HA) é um dos aditivos mais comumente usados ​​em implantes não cimentados. O mineral inorgânico que consiste em um composto hidróxido de fosfato de cálcio representa o padrão ouro para agentes osseoindutores.