Científicos han desarrollado un material bioactivo que destruye bacterias

Los científicos de la NITU «MISIS» han desarrollado un recubrimiento bioactivo para los implantes de titanio, capaz de destruir completamente las bacterias. Su estructura porosa especial con componentes bioactivos acelerará la supervivencia del implante, y la acción combinatoria de oxígeno activo e iones de plata proporcionará la destrucción efectiva de varias cepas bacterianas. El artículo sobre el desarrollo se publicó en la revista internacional Applied Surface Science.

Dos problemas principales en la cirugía de implantes son la lenta supervivencia de los implantes y el riesgo de infección bacteriana en el lugar de colocación del implante. Es posible acelerar la implantabilidad fabricando un implante a partir de un material bioactivo que estimula la división de los osteoblastos – las células óseas del paciente. La infección se controla con antibióticos, pero la bacteria desarrolla rápidamente resistencia a ellos. Este problema requiere la creación de nuevas formas eficaces de combatir las infecciones, como el uso de iones metálicos, conocidos por su actividad bactericida o la capacidad de generar formas activas de oxígeno (son perjudiciales para las cáscaras bacterianas).

La mayoría de los implantes modernos están hechos de titanio – es fuerte, bioinerte y libre de corrosión. Sin embargo, el titanio no tiene ninguna propiedad bioactiva o antibacteriana, y es por eso que los científicos están trabajando activamente para crear recubrimientos que eliminen estas deficiencias. La película de óxido de titanio (TiO2) muestra buenos resultados – debido a su estructura porosa es la más adecuada para la división de las células óseas, y la inclusión del calcio Ca y el fósforo P en su composición proporciona bioactividad. No obstante, sigue siendo importante dotar al implante de propiedades antibacterianas.

El equipo del Centro de Investigación y Capacitación para la Síntesis Autopropagada a Alta Temperatura de NITU ha desarrollado revestimientos para implantes de titanio basados en óxido de titanio con nanopartículas de plata y platino. El material desarrollado por los científicos permite acelerar la proliferación, es decir, la división celular activa en un 12-20% de media, así como asegurar la destrucción de hasta el 100% de las bacterias en 72 horas y la protección contra la formación de películas bacterianas.

«Para crear la película de óxido de titanio utilizamos varias soluciones electrolíticas con diferentes contenidos de calcio y fósforo – componentes «nativos» del hueso natural humano. Como resultado del experimento con tres electrolitos diferentes, seleccionamos muestras de composición óptima (Ca = 6,3 y P = 4,8 % atómico), en cuya superficie conseguimos obtener una estructura con un diámetro de poro relativamente homogéneo – de 0,7 a 2,3 micrómetros. Esta estructura en sí misma ya es favorable para la reproducción de las células osteoblásticas – fue probada después de la exposición de las muestras en una solución cercana al plasma en composición. Partículas metálicas a nanoescala en la superficie que formamos por la implantación de iones de platino Pt y plata Ag en el recubrimiento en una cámara de vacío», – dice el autor principal del artículo, un estudiante graduado del Departamento de Metalurgia de Polvos y Recubrimientos Funcionales de NITU «MISIS» Victor Ponomarev.

Más en Nanova ||  COVID-19 y la conferencia climática: la COP26 se pospone hasta el 2021

Penetrando unos 30 nanómetros de profundidad en la muestra, los iones individuales formaron átomos. Como resultado de la alta concentración de átomos en esta capa, algunos de ellos salieron a la superficie del implante y formaron nanopartículas de plata y platino. La plata en la superficie ya es capaz de proporcionar un efecto antibacteriano debido a sus iones. Pero hay un límite de su concentración por encima del cual las propiedades tóxicas pueden manifestarse. El platino como elemento no tiene ninguna propiedad bactericida. La presencia de Ag y Pt como nanopartículas en la superficie del óxido de titanio le da al material propiedades catalíticas. Como resultado, bajo la luz normal y la radiación ultravioleta los recubrimientos son capaces de generar un gran número de formas activas de oxígeno que destruyen diversas cepas bacterianas.

Para comprobar las propiedades antibacterianas del material, se colocaron muestras en ambientes con diferentes cepas de E. coli y estafilococos de oro. Los resultados obtenidos nos permitieron concluir que el efecto sinérgico de los iones de plata y las formas activas de oxígeno nos permite eliminar rápida y eficazmente cualquier infección bacteriana sin amenazar al paciente. Las muestras con nanopartículas de platino destruyen las bacterias sólo debido a formas reactivas de oxígeno.

Los científicos planean continuar los experimentos para aumentar la bioactividad y las propiedades bactericidas de los implantes. En particular, se prevé saturar los poros abiertos de óxido de titanio con antibióticos, sangre artificial y péptidos.

Comparte en:
Ariadna Moreno

Ariadna Moreno Marín ha sido escritora y blogger de de numerosas revistas online desde 2008. Comenzó cubriendo la ciencia ambiental, desde ranas deformadas hasta el derretimiento de las plataformas de hielo de la Antártida.