Filmes Finos de Titânio-Zircónio para osteointegração

Palavras-chave: implantes,titânio,filmes finos,zircónio,pulverização catódica,superficies

Os biomateriais têm-se desenvolvido em face da necessidade de satisfazer uma procura clínica cada vez mais exigente alargando os limites de utilização. Reconhecendo no Titânio excelentes propriedades mas também algumas limitações, essencialmente biomecânicas, a solução tem passado pelo desenvolvimento de algumas ligas de Titânio. A mais recente liga de Titânio desenvolvida uma liga de Titânio e Zircónio (TiZr) apresenta um reforço das propriedades biomecânicas em relação ao Titânio e uma osteointegração similar ou melhor do que o “gold standard” dos implantes atuais. As suas propriedades e características específicas como a composição química, a topografia estruturada e a energia de superfície são apontadas como favorecedoras da osteointegração, proporcionando uma cicatrização óssea mais rápida e estável. Neste contexto surgiu o nosso estudo, para desenvolver uma metodologia, controlada e reprodutível, que pudesse replicar as características do novo biomaterial e esclarecer in vitro de que forma participam nos processos de osteointegração. Para além disso, permitiu-nos também pesquisar outras formulações em relação com estas propriedades e características que pudessem ser majorativas para as etapas de cicatrização óssea. O nosso estudo decorreu em três etapas: 1)	o desenvolvimento e otimização de processos e procedimentos para a elaboração do material; 2)	 a elaboração controlada e reprodutível do material; 3)	 a avaliação da sua bioatividade e biocompatibilidade in vitro. Usamos a técnica de pulverização catódica (“sputtering”) em modo magnetrão, para a produção de filmes finos de espessura sub-micrométrica e composição química controlada. A aplicação simultânea de técnicas de análise da composição, estrutura e morfologia dos filmes produzidos permitiu-nos otimizar os procedimentos por forma a mimetizarmos as características do biomaterial em análise comparativa. Assim, as condições otimizadas de deposição foram estabelecidas em: •	tempo de deposição 15 minutos; •	polarização do substrato -40 V; •	porta substratos em cobre; •	velocidade de rotação do substrato 23 rpm; •	número de pastilhas de Zircónio do alvo composto de Titânio com Zircónio - 11 pastilhas. Estas condições permitiram elaborar um filme de TiZr com 1 mm de espessura, com cerca de 15% em peso de Zircónio e com características “feature less” que não alteravam a topografia do substrato. No seguimento do estudo utilizámos então estas condições para elaborarmos de forma controlada e reprodutível os filmes de TiZr sobre substratos de TiZ maciço e com tratamento de superfície SLA (Sandblasted, Large grit, Acid etched). Produzimos 2 filmes distintos: ➢	filme TiZr com 15% em peso de Zircónio e 1 mm de espessura; ➢	filme TiZr com 7% em peso de Zircónio e 1 mm de espessura. A análise da composição com EDS (espectrometria de dispersão de energia) permitiu qualificar e quantificar a presença dos elementos Titânio e Zircónio nas referidas proporções. A análise topográfica com microscópio de alta resolução de variação de foco infinita confirmou a manutenção de uma topografia similar das amostras revestidas com os filmes, traduzindo uma influência não significativa dos mesmos sobre a topografia. A bioatividade in vitro foi avaliada através do potencial da energia da superfície e formação de precipitados de fosfato de cálcio, enquanto que a citotoxicidade e viabilidade celular in vitro foram avaliadas com cultura celular de células osteoblásticas MG63 em contacto direto sobre os biomateriais. O potencial Zeta da energia de superfície revelou a existência de uma energia de superfície relativamente elevada em valor absoluto, mas de carga negativa, e que aumenta com o aumento do teor em Zircónio, de acordo com a carga negativa do Zircónio em pH neutro; ambos os factores são favorecedores de uma bioatividade elevada na interface da superfície do material. A formação de precipitados de fosfato de cálcio ocorreu em todas as superfícies de forma significativa e seguindo o padrão descrito: na formação inicial há maior número de precipitados de cálcio e só depois se formam os precipitados de fósforo, como também na aproximação à relação estequiométrica mais estável próxima da hidroxiapatite. O comportamento dos filmes de TiZr com 15% de Zircónio seguiu o comportamento das amostras de TiZr maciço. A citotoxicidade e viabilidade celular in vitro mostrou que no final do dia 1 de cultura não havia diferença no número médio de células aderidas e/ou viáveis, baseado no ensaio da resazurina que, através da actividade mitocondrial das células em cultura, avalia o seu estado proliferativo e a sua viabilidade. Ao final do dia 4 e dia 7 de cultura o número de células viáveis e em estado proliferativo era significativamente diferente entre as superfícies. Significativamente mais células estavam aderidas e viáveis no dia 4 e 7 na superfície do filme Ti15Zr R550 do que na superfície TiZr (p< 0.05) e também significativamente mais células viáveis foram encontradas na superfície cp Ti SLA aos dia 4 e 7 quando comparadas com a superfície Ti15Zr R550. Este comportamento deverá ser atribuído por um lado à falta de estruturas nanométricas na superfície SLA do TiZr, pois elas existem apenas no SLActive (forma comercializada desta superfície), e por outro à existência das mesmas nos filmes TiZr e à nano textura dos filmes, como comprovado morfologicamente por SEM. Assim do nosso estudo, considerando os limites do mesmo e atendendo às condições em que se realizou, concluímos: - a técnica de pulverização catódica em modo magnetrão permite desenvolver filmes finos de forma controlada, os quais podem ser utilizados para estudos in vitro e in vivo de avaliação entre as características da superfície e os processos de cicatrização óssea e biocompatibilidade.  - o método desenvolvido permitiu desenvolver um filme fino TiZr com composição química controlada e características “featured-less”, i.e., sem variação topográfica; - os filmes com a espessura de 1 μm ao serem depositados sobre um substrato de cp Ti SLA contribuíram para aumentar a superfície disponível da amostra; - os filmes produzidos apresentam uma topografia com características nanométricas que condicionam as propriedades biológicas; - os filmes produzidos não apresentaram efeitos citotóxicos nas células osteoblásticas MG63; - o modelo presente, podendo ser optimizado, permitirá avaliar a importância dos diferentes elementos do filme no potencial biológico; - o modelo presente permitirá desenvolver superfícies para avaliar a importância das diferentes características das superfícies in vivo.

Área científica: Ciências Médicas e da Saúde